Solucionario Sistemas Electricos Def 1

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SOLUCIONARIO © Ediciones Paraninfo

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1

Electricidad básica

Actividad propuesta 1.1 a) Es un dispositivo formado por la unión de dos metales de diferente naturaleza para producir un voltaje debido a la diferencia de temperatura entre un extremo llamado "punto caliente" o de medida y el otro llamado "punto frío" o de referencia. Son usados para controlar las variaciones de temperatura, como sensores.

b) Se denomina superconductividad a la capacidad que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones. Conductores como el cobre que muestras una resistencia de casi careo pueden llegar a bajar a r= 0 enfriándose mediante hidrógeno líquido, así creamos superconductores artificiales. Este sistema se utiliza para construcciones de electroimanes, y esta es la base que se utilizó en la construcción del tren de alta velocidad japonés, donde se aprovechan los súper imanes para crear un fenómeno de levitación magnética, el tren se conoce como en Shinkansen y alcanza los 600km/h.

c) El potencial eléctrico en un punto determinado, es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva determinada desde el punto de inicio o de referencia hasta el punto que estamos considerando. Resumiendo podríamos decir que se energía por unidad de carga entre dos puntos determinados.

d) 1 amperio hora equivale a 3600 C.

e) • Centrales térmicas: Convierten la energía mecánica obtenida mediante otras fuentes de energía primaria (combustibles fósiles) en energía eléctrica. • Centrales Hidroeléctricas: Aprovechan un salto de agua, aplican movimiento a un rotor que la transforma en energía eléctrica. • Centrales Nucleares: Convierten la energía mecánica obtenida mediante otras fuentes de energía primaria (uranio) en energía eléctrica. • Centrales Solares: Aprovechan la radiación solar que radian sobre unas placas fotovoltaicas que las convierten en electricidad. • Centrales Eólicas: Obtienen la energía mecánica con el movimiento de unas hélices movidas

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Paraninfo por el viento, transformando a partir de rotores en electricidad ese movimiento. • Centrales geotérmicas: Para aprovechar la energía geotérmica se recurre a sistemas similares a los empleados en energía solar con turbina, es decir, calentamiento de un líquido que puede tener distintas aplicaciones, pero que habitualmente se destina a producir vapor con el que se da impulso a la turbina, que a su vez, mueve un generador eléctrico. • Central mareomotriz: Con el cambio de mareas, se accionan una serie de turbinas que son las encargadas de transformar este movimiento en energía eléctrica.

f) - La electricidad estática es la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca productividad eléctrica, por ejemplo un aislante. Se pueden llegar a producir chispas de la descarga cuando el objeto cargado se coloca cerca de un buen conductor o de una polaridad opuesta. - Las corrientes erráticas son aquellas que tienen la capacidad de salir de una fuente de energía y tras haber realizado un circuito volver a la misma fuente de energía.

g) El galvanómetro es un instrumento que se utiliza para detectar y medir la corriente eléctrica. Y el electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo.

h)

i) Platino = 10.6·10-8 Ωm Aluminio = 2.65·10-8 Ωm Oro = 2.35·10-8 Ωm

Actividad propuesta 1.2 a)

I = 8A I = 1, 33A

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Paraninfo b) 10A Bombilla: Caída de tensión: 3% Voltios de (14) = 0,42V F.e.m = 14V d.d.p = 13,58V

c) d =1,16 mm

d) = 132,7 R= (0.018 · 1)/132,7 = 0,000136Ω 5A/mm2 (máxima es la densidad de corriente máxima) 5×132,7=663,66A

e)

Q = 19 200 000 joule

f) 90% de 75 = 67,5 CV En KW = 67,5 · 736= 49,68 KW

Actividad propuesta 1.3 a) Es aquella fuerza capaz de mantener una diferencia de potencial en un circuito abierto y crear una corriente eléctrica en un circuito cerrado.

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Paraninfo b) V=I/R P = V · I por lo tanto, P = (I / R) · I

c) Antiguamente se usaba el electrómetro, que funciona con el mismo sistema que el galvanómetro, usando una escala y una flecha para indicar el voltaje obtenido, actualmente poseemos elementos electrónicos, los multímetros que miden tanto voltajes (Voltímetro) como intensidades (Amperímetro) así como resistencias. El vatímetro es el aparato encargado de medir los vatios.

d) Para efectuar la medida, debemos conectar el amperímetro en serie.

67mA

S = 0,5mm2

e) Escala de 200 Escala de 2k Escala de 20k

19,6Ω 19,6Ω 19600Ω

f) En la escala de 200k, porqué es el valor máximo que puede medir y 199.000Ω se encuentra por debajo de este valor.

g) Para medir un voltaje colocaremos la pinza negra en la clavija COM, y la roja en la indicada con las siglas V/Ω. Dependiendo de si se trata de corriente continua o alterna colocaremos el selector en rango u otra de selección. En el caso de corriente alterna colocaríamos el selector en el apartado indicado por V~ y en la escala de 200m.

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h) Sirve para comprobar los transistores, tanto los PNP como los NPN.

i) El vatio proviene de los voltios (V) y los amperios (A), de la formula Potencia (W) = Voltaje (V) · Intensidad(A)

j) Con la selección de diodos medimos por una parte la polaridad del diodo y por otra parte su voltaje. Suelen ser mV (la medida suele estar en 600 mV)

Actividad propuesta 1.4 a) R=0.018*(40/1.78)=0.40 Ω

b) Consideramos la longitud del filamento de 10cm. I=P/V R=V/I σ = (1 / ρ) S = ρ · (l / R) r = √ (S / π) d=2·r

I = 60 / 12 R = 12 / 5 ρ = (1 / 18·106) S = 0.0555 · (0.1 / 2.4) r = √ (0.00231 / 3.1416) d = 2 · 0.00074

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I = 5A R = 2.4Ω ρ = 0.0555 Ω (mm2/m) S = 0.00231 mm2 r = 0.00074mm d = 0.00148 mm

Paraninfo c) d = 1,38 mm

d) (ºC) eje x (Ω) eje y

25

50

80

110

120

900

810

280

114

88

e) Motor parado.

21W I = P/V R = V/I 5W I = P/V R = V/I

I = 21/12.75 R = 12.75/1.64 I = 5/12.75 R = 12.75/0.39

I = 1.64A R = 7.77Ω I = 0,39A R = 5Ω

I = 21/14.4 R = 14.4/1.45 I = 5/14.4 R = 14.4/0.347

I = 1.45A R = 20.88Ω I = 0.347A R = 5.38Ω

Motor en marcha.

21W I = P/V R = V/I 5W I = P/V R = V/I

f) I1 = V/R

I1 = 12.4/0.1

I1 = 124A

P=V·I

P = 12.4 · 124

P = 1537W

I2 = V / R

I2 = 14.2/0.1

I2 = 142A

P=V·I P = 14.2 · 142 d.d.p = 14.2 – 12.4 = 1.8V

g) 1CV = 0.736 KW

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P = 2016W

Paraninfo En kilovatios En vatios

5.6CV · 0,736 = 4.12KW 5.6CV · 736 = 4121.6W

h)

Actividad propuesta 1.5 a) A los cables conductores que están reunidos entre si y rodeados de cinta plástica formando mazos, reciben el nombre de cableado. b) Podemos distinguirlos por el color de su funda aislante y por el número de cable que lleva inscrito en ella (algunos fabricantes).

c) Va sujeto mediante unas grapas o pestañas, normalmente de plástico al chasis del vehículo, con el fin de que no se muevan para que no se desgaste la funda del cable y haga contacto con la masa del chasis.

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Paraninfo d) Se condiciona según las conexiones a los distintos aparatos eléctricos, de modo que la instalación eléctrica se divide en partes cuyos cableados se interconexionan por medio de conectores. e) Para ahorrar gastos de materiales, ya que no se tienen que pasar tantas cantidades de cable de una parte del vehículo a otra. También tiene el objetivo de facilitar las reparaciones y el desmontaje de componentes. f) Son cajetines de plástico que forman celdas individuales, en cada una de las cuales se alojan los correspondientes terminales, que están provistos de lengüetas de retención que los mantienen inmovilizados en la respectiva celda del conector, de manera que una vez introducido el terminal quede allí retenido. A su vez, el conector dispone también de lengüetas flexibles de plástico para su fijación al cajeado del aparato receptor o al conector del cableado al que se une.

g) Interconexionan los diferentes mazos de cableado del vehículo, y los conectores se conectan generalmente a los actuadores y a las centralitas. h) -

Cableado delantero Cableado motor Cableado del salpicadero Cableado de habitáculo Cableado trasero Cableados auxiliares

i) Es el componente del vehículo donde se centralizan los cableados, está constituida por una placa de circuito impreso, a la cual van conectados fusibles, relés, etc.

j) La caja de servicio puede ir emplazada en muchos lugares del coche pero las más conocidas son dos, compartimento motor y parte inferior del tablero de bordo.

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Paraninfo k) La resistencia eléctrica debe ser lo más pequeña posible, para evitar las caídas de tensión que se producen con el paso de la corriente por ellos y que son perjudiciales para el buen funcionamiento de los aparatos receptores. l) Se trata de una nomenclatura para determinar la sección de los cables, en este caso estamos hablando de un cable de 7mm2 (32*π /4) de sección perteneciente al cable de carga de alternador o batería. m) La normativa marca que las caídas de tensiones en un circuito eléctrico no tienen que superar el 3% o el 4% del valor de la tensión de la instalación.

n) ¿Cuál es el grueso de los hilos de cobre que forman el alma de los conductores eléctricos utilizados en el automóvil y por qué? Entre 5 mm y 7 mm, esto es así porque con este diámetro no va sobrecargado ni tampoco hay pérdidas, son para baja tensión. o) Nombra dos agentes exteriores de degradación del aislante de los conductores eléctricos. Los agentes exteriores de degradación pueden ser la gasolina, aceite, liquido de freno, temperaturas muy elevadas, etc.

Actividad propuesta 1.6

a) 1: Entrada de corriente (+) a la bobina del relé. 2: Salida de la corriente de la bobina a (-). 3: Corriente directa 5: Corriente hacía los actuadores. 30: Corriente directa 85: Salida de la corriente de la bobina a (-). 86: Entrada de corriente (+) a la bobina del relé. 87: Corriente hacía los actuadores. 87a: Terminal de conexión de corriente del relé diferencial en reposo (sin actuar bobina).

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Paraninfo b)

c) 15: Corriente directa de llave de contacto. 30: Corriente directa batería. Acc: Posición de corriente a accesorios. +50: Corriente a apositivo de motor de arranque. Actividad propuesta 1.7 a)

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Paraninfo b) La potencia total del circuito será: P: V*I = 12.07*0.284 = 3,42 W También se puede calcular de la siguiente forma: P= V2/R = 12,072/42,5 = 3,42 W

c)

d) Esta pregunta no es correcta debido a que la resistencia de la bombilla de 50 W es mayor, tal y como se comprueba a continuación con un voltaje de 12 V. I= 2.77 A V2.88= 8V R= V2/P = 122/50 = 2.88 Ω I= 2.77 A V1.44= 4V = 122/100 = 1.44 Ω

Actividad propuesta 1.8 a)

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Paraninfo b)

c) Es cierto y se puede comprobar por Ohm, sin embargo la intensidad es mucho mayor en una bombilla de 50W. I= 1 A R= V2/P = 122/1 = 12 Ω 2 I= 4.16 A = 12 /50 = 2.88 Ω

d) Pt= 12*0.008= 0.096W PR1= 12*0.003= 0.036W PR2= 12*0.0026= 0.0312W PR1= 12*0.0024= 0.0288W

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Paraninfo e)

Actividad propuesta 1.9 a)

b) En el ejercicio ilustrativo 13 quedan bien definidas las comprobaciones de los voltajes y las intensidades.

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Paraninfo c)

d) Para poder verificarlo debemos aplicar la ley de ohm, dando las siguientes comprobaciones: P= V*I2 = 100 =12*I2: 2.88 A P= V*I2 = 50 =12*I2: 2.04 A

Actividad propuesta 1.10 a) Pt=V*I = 24*0.0091= 0.2184W PA= 14.9 *0.0091=0.1274W PB= 9.1 *0.0091= 0.08281 W b) Este tipo de voltajes es muy habitual en los vehículos híbridos y eléctricos. Actividad propuesta 1.11 a) El resultado será el mismo pero con las intensidades en este caso con valor negativo, por lo que se deberá interpretar el valor obtenido según el sentido real de la corriente en cada nudo.

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Paraninfo b)

A) Intensidades. Aplicando el primer paso: en este caso la entrada al nudo es positiva. I1+I2-I3=0 Aplicando el segundo y el tercer paso: Malla 1 (-I2*2200) + (-I3*2200) =12-12 Malla 2 (I1*2200) + (I3*2200)= 12-12 Resultando: I1= 0 A I2= 0 A I3= 0 A B) Cálculo de potencia. Las potencias son igual a cero.

Actividad propuesta 1.12 a) Cuando un circuito posee más de una fuente de alimentación resulta sumamente complicado calcular la Rt debido a las f.e.m.

b) I1= 0.006 A I2= 0 A I3= 0.006 A

P1= 0.036W P2= 0 W P3= 0.036W

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Actividad propuesta 1.13 a)

1. En los vehículos con dirección eléctrica este elemento nos indica la posición y el número de grados que ha girado la dirección. 2. Sistema de confort del audio y el navegador. 3. En este tipo de vehículos el desbloqueo y bloqueo de la dirección es a través de un motor eléctrico, que funciona en consonancia con el clausor. 4. Motores que cumplen la misión de subir y bajar los cristales de las puertas.

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Paraninfo 5. En este vehículo la desconexión del freno de mano es automática, al pisar el conductor el acelerador el sistema envía una señal a un motor eléctrico para que el freno de mano se desconecte. 6. Esta centralita controla el sistema de confort del navegador. 7. Para gestionar de forma automática el confort ambiental se requiere de una centralita que recibe información de los sensores de temperatura, posteriormente esta enviará la energía necesaria a los actuadores para que se adecue a los parámetros que el conductor haya seleccionado para el habitáculo. 8. En este tipo de vehículos la llave de contacto es un tarjeta, por lo necesita una ranura y un lector para esta. 9. Este elemento determinará la marcha que debe tener el vehículo según el par resistente de las ruedas y las revoluciones. 10. Elemento encargado de suministrar la energía eléctrica al vehículo cuando el motor está parado. 11. Elemento de protección de arranque del vehículo en caso de intento de robo. 12. Elemento encargado de suministrar y gestionar toda la corriente eléctrica del vehículo. 13. Centralita y actuador encargada de dotar al conductor de la información necesaria del vehículo. 14. En caso de impacto delantero gestionará la apertura y activación de los airbags. 15. Captador de impacto lateral. 16. Elemento que funciona con el equipo de sonido y que es el encargado de cargar el cd que seleccionan los ocupantes. 17. Este calculador tiene la misión de gestionar el salto de la chispa y el tiempo de inyección según la cantidad de oxigeno que ha entrado en la cámara de combustión según los diferentes parámetros que especifica el fabricante (temperatura, presión, etc.) 18. Sistema de seguridad activa encargado de evitar un accidente causado por un derrapaje o una mala gestión de la velocidad de marcha, este componente es obligado en todos los vehículos desde el año 2006. 19. Las lámparas de xenón necesita de una centralita para corregir automáticamente la altura de los faros y no deslumbrar a los conductores. 20. Sistema que activa automáticamente las luces de alumbrado intensivo del vehículo según la luminosidad exterior, para poder realizar esta acción se necesita de la acción de unos sensores del tipo LDR. Este sistema permite igualmente la activación automática de los limpiaparabrisas cuando en el cristal caen gotas de agua, utiliza el mismo sistema que el del encendido automático de luces.

b) PROYECCIÓN H1, H3, H4, H7, H8, H11, HB3, HB4. SEÑALIZACIÓN PY21W, PY17W, P19W, P24W, W5W CUADRO DE INSTRUMENTOS W3W. c) D1S, D1R, D2S, D2R, D3S, D3R, D4S, D4R.

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Paraninfo d)

e) Cable de 1mm2 Cable de 0,5mm2 Fusible de 5A Testigo led de llave de contacto Bombilla de 15W

f) Los conectores son generalmente de material termoplástico totalmente aislantes, en su parte interna están ubicados las celdas de las conexiones eléctricas que son de cobre o acero.

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Paraninfo g)

Actividad propuesta 1.14 a) Cables que entran:

Pin 2 patilla de conexión 86 del relé

(Alimentación)

Pin 1 patilla de conexión 30 del relé

Cables que salen:

Pin 4 patilla de conexión 85 del relé Pin 3 patilla de conexión 87 del relé

b) El componente CJ01 es la caja o platina de conectores y es de color verde. El CJ01 tiene cuatro pines de conexión:

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Paraninfo Pin 4: De color blanco, su numeración es 192 y se conecta al pin 7 de la PR01 (caja de relés del habitáculo). Pin 5: De color blanco, su numeración es 12 y se conecta al pin 14 de la 0004 (caja de servicios). Pin 3: De color blanco, su numeración es 106 y se conecta al pin 1 de la 2200 (pulsador de marcha atrás). Pin 9: De color blanco, su numeración es 224 y se conecta a los pin 8 del 2630 y al pin 2 del 2635 (son los pilotos traseros izquierdo y derecho respectivamente).

c) Se trata de la caja de servicios del circuito de marcha atrás de un Citroën C1. Se une a partir de los pines de conexión 1 (193), 2 (191), 6 (2), 14 (12), 9 (10) al 50 P/B (mazo de cables de la batería). Y a partir de los pines 1 (88), 1 (5), 1(79) al 10 PR (cuadro de instrumentos). d) La caja de fusibles con sus fusibles protege: - Enchufe múltiple (salpicadero trasero del motor-gris) - Enchufe múltiple (salpicadero trasero del motor-negro) - Seguro de dirección/interruptor de encendido. - Panel de instrumentos.

e) Pin 1: Negro, Indicadores anteriores de posición y dirección Negro, Masa directa Pin 2: Gris, Bobina de encendido Pin 3: Rojo, Luz compartimiento motor Pin 4: Blanco, Interruptor luz del cuadro de instrumentos Pin 5: Amarillo, Fusibles de 8A Pin 6: Rojo, Indicador de nivel de combustible Pin 7: Azul, Conmutador de encendido, luces y arranque Azul, Fusibles de 8A Pin 8: Verde, Bujías f) El componente es 106 Visualizador control-system e indicador óptico luces de antiniebla posterior encendidas. Conexión del pin C2 al pin de la centralita a través del cable N: Conexión del pin D6 a masa por el cable N2 a través del cable M. Conexión del pin “X” al pin “Y” por el cable AR Conexión del pin 106 al pin “Y” por cable N © Ediciones Paraninfo

Paraninfo El componente 141 A es el pulsador encendido luces de antiniebla posterior sobre palanca izq. de mandos de señalación y de servicio. Conexión del pin N a la entrada del conmutador con N de la centralita. Conexión del pin C a la salida del conmutador con el pin C de la centralita. El componente 141 B es el Conmutador de encendido de las luces de posición, de cruce y de carretera. Conexión del pin C8 a la entrada del conmutador con C8 de la centralita. Conexión del pin C a la salida del conmutador con el pin C de la centralita. El componente E12 es Telerruptor luces de antiniebla. Conectado con los pines C8 y G9 a partir del diodo d1 al Telerruptor E10 (telerruptor luces de antiniebla posteriores)

g) Es un esquema de cableado que nos da información sobre los códigos de los componentes y sus pines, así como los colores de los cables y los números de sus conectores. Actividad propuesta 1.15 a) SRS: El coche está equipado con airbag y pretensores en los cinturones de seguridad. TSP: Sistema de estabilización para remolques incluido en el ESP de algunos vehículos. HVA: Sistema de distribución variable de BMW. GMB: Sistema de bomba de agua eléctrica de BMW. AUTO HOLD: El sistema asiste a los conductores de vehículos que en vez de un freno de mano mecánico van equipados con un freno de estacionamiento electromecánico. PRE-SAFE: Informa al conductor, al tiempo que prepara el vehículo, de que la colisión es inevitable HHC: La función impide que el vehículo se mueva involuntariamente, tanto en subida como en descenso. ROP: Sistema de prevención de vuelco. DAA: Sistema de arrancada asistida dinámica. EDS: Bloque Electrónico del Diferencial que utilizan los VAG (Volkswagen, Audi y Seat. En Toyota sus siglas con LSD. ACC: Control Autónomo/Activo/Adaptativo de la Velocidad de Crucero. Sistema que mantiene una velocidad y una distancia de seguridad constante con respecto al vehículo que circula por delante.

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Paraninfo Actividades finales 1.1) El átomo tiene una parte central que se llama núcleo, formado por protones, partículas de carga positiva, y por neutrones, partículas sin ningún tipo de carga. Los protones y neutrones no pueden moverse. Alrededor del núcleo, en zonas periféricas (órbitas) están los electrones, partículas pequeñísimas con carga negativa. En condiciones de equilibrio normal, el número de electrones orbitales es igual al número de protones del núcleo y el átomo es estable. Cuando este equilibrio es alterado, se producen los efectos de la electricidad. Los átomos de elementos distintos difieren entre sí por el número de electrones y protones que tienen.

1.2) Los electrones de la órbita interior se definen como electrones ligados porque no pueden ser extraídos fácilmente de su órbita. Los electrones de la órbita exterior pueden salirse de su órbita y se definen como electrones libres. Son los electrones libres los que participan La carga eléctrica es una característica de algunos cuerpos que inducen fuerzas de atracción o repulsión entre ellos. Es importante saber que las cargas del mismo signo se rechazan, mientras que las cargas de signo contrario se atraen.

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Paraninfo 1.3) Son aquellos electrones en un material que no están unidos fuertemente a los átomos o moléculas de este y pueden desprenderse fácilmente de la estructura.

1.4) Cuando el material está formado por átomos donde el desplazamiento de los electrones orbitales se puede provocar fácilmente, se dice que este material es conductor. Por lo tanto contra mas electrones libres tenga el átomo más conductor será el elemento.

1.5) Los aislantes son materiales en los que los electrones, debido a unos vínculos muy fuertes con el núcleo, no están libres para moverse.

1.6) De la temperatura del elemento según la temperatura varia la conductividad del elemento. El silicio y el germanio son ejemplos claros de semiconductores.

1.7) Del polo positivo al polo negativo.

1.8) Porque en un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, solo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea. Este proceso se denomina principio de conservación de la carga.

1.9)

1.10) La corriente eléctrica está constituida por un movimiento ordenado de electrones que recorren la sección de un conductor.

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Paraninfo Este movimiento no es espontáneo, sino que se necesita una forma de energía que lo provoque. Los dispositivos que crean una diferencia de potencial capaz de provocar este desplazamiento de electrones (o flujo de corriente) se llaman generadores.

1.11) El funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina giratoria dentro de un campo magnético o por una armadura que gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo. El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán permanente (magneto) o por medio de un electroimán (dinamo). En este último caso, el electroimán se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamo según sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido: en serie, en derivación y en combinación. Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Una magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.

1.12) Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos como resistencias, inductores, capacitores, líneas de transmisión, fuentes de voltaje, fuentes de corriente e interruptores. Un circuito eléctrico es una red que tiene un bucle cerrado, dando un camino de retorno para la corriente.

1.13)

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Paraninfo 1.14) En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.

1.15) Circuito luz interior.

1.16)

1.17) El funcionamiento de un circuito eléctrico es siempre el mismo ya sea este simple o complejo. El voltaje, tensión o diferencia de potencial (V) que suministra la fuente de fuerza electromotriz (fem) a un circuito se caracteriza por tener normalmente un valor fijo. En dependencia de la mayor o menor resistencia en ohm (Ω) que encuentre el flujo de corriente de electrones al recorrer el circuito, así será su intensidad en amperios(A). Una vez que la corriente de electrones logra vencer la resistencia (R) que ofrece a su paso el consumidor o carga conectada al circuito, retorna a la fuente de fuerza electromotriz por su polo positivo. El flujo de corriente eléctrica o de electrones se mantendrá circulando por el circuito hasta tanto no se accione el interruptor que permite detenerlo.

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Paraninfo 1.18) La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.

1.19) Comparando con la hidráulica, la corriente eléctrica que circula en un circuito eléctrico puede compararse con el flujo de agua que pasa por un tubo. El agua contenida en el recipiente representa la cantidad de litros disponible. El caudal representa el número de litros de agua que pasan por el tubo en la unidad de tiempo.

1.20)

Un galvanómetro es un instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos.

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Paraninfo 1.21) Culombio

1.22) Es la causa que origina el movimiento de los electrones en todo circuito eléctrico. Su unidad es el voltio (V).Es necesaria para crear una diferencia de potencial en un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado.

1.23) La diferencia de potencial se produce gracias a la resistencia de los elementos de un circuito. Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica. Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un solo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero.

1.24) La diferencia de potencial que existe en cualquier elemento pasivo de un circuito permite que la corriente fluya del punto (+) al punto (-) ocasionando que dicho elemento absorba una cantidad una cantidad determinada de energía positiva. Gracias a esto se produce el movimiento de electrones.

1.25) Generador eólico, hidráulico, nuclear, térmico, mareo motriz y solar.

1.26)

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Paraninfo Se coloca el voltímetro con la pinza positiva antes de la resistencia y la pinza negativa después de la resistencia. Realizando esta operación el voltímetro nos marcara la caída de tensión causada por la resistencia.

1.27) Los electrones, en su movimiento a través de un conductor encuentran obstáculos, es decir, una “resistencia” eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).

1.28) La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo ( ), de su sección ( ), del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la temperatura constante (20 ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:

1.29) R=σxl/S R = 0,018 x 400 / 2

R=3,6 Ω

1.30) De estas observaciones se deduce la ley fundamental de toda la electrotecnia, conocida como ley de Ohm, que relaciona: la tensión, la intensidad y la resistencia.

V = Tensión [Voltios] R = Resistencia [Ohmios] I = Intensidad [Amperios]

1.31) Pues aplicando una variante de la formula de ley de ohm, que es:

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Paraninfo 1.32) Es una fuerza eléctrica para mover una carga positiva que desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria que desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente es el producto de la potencia por el tiempo: T= P*t

1.33) La “ralentización” que sufren los electrones al atravesar una resistencia, definida como caída de tensión, en realidad consiste en la transformación de una parte de su energía cinética en calor. La potencia consumida por la resistencia se identifica pues con la cantidad de calor que esta produce por efecto del paso de la corriente. Por lo tanto, es evidente que la potencia es directamente proporcional a la intensidad y a la tensión. Se mide en vatios.

1.34)

I= 1,75 A.

1.35) R=6,85 Ω.

1.36) P= 604,8 W. 604,8w ·1cv / 736w = 0,821CV

1.37) - Conexiones en serie. - Conexiones en paralelo.

1.38) Puede decirse que dos o más elementos eléctricos están conectados en serie cuando son atravesados por la misma intensidad.

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Rt= r1+r2+r3

Rt=1000+1000+1000=3000 Ω.

1.39) I=12:15000=0.0008A R=12/0.0008=15000 ohmios V1=4000*0.0008=3.2V V2=5000*0.0008=4 V V3=6000*0.0008=4.8V

1.40) Puede decirse que dos o más elementos eléctricos están conectados en paralelo cuando están sometidos a la misma diferencia potencial.

Re=r1*r2/r1+r2 Re=1000000/2000=500 Ω Rt=500*1000/1500=333.33 Ω

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Paraninfo 1.41)

Re= (4000*4500)/(4000+4500)=2117.647 Ω Rt= (2117.647*5000)/2117.647+5000=1487.603 Ω It=12/1487.603=0.00806A I1=12/4000=0.003A I2=12/4500=0.0026A I3=12/5000=0.0024ª

1.42)

Deben de tener el mismo voltaje, por lo que la intensidad resultante es la suma de las intensidades de cada batería.

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Paraninfo 1.43) R1

R4

R2

R3

BAT1

Re1= (4000*5000)/(4000+5000)=2222.222 Ω Re2= (2222.222*8000)/(2222.222+8000)= 1739.2 Ω Rt=1739.2+2000= 3729.2 Ω It=24/3729.2 =0.00645A Vab= It · Re1= 0.00645 ·2000= 12.9 V Vbc= It · Re2 = 0.00645A ·1739.2= 11.2 V Vab+Vbc = Vtotal= 9.15 + 14.837= 24.1 V I1= Vbc / R1= 11.2 / 4000 = 0.00285A I2 = Vbc / R2= 11.2 / 5000 = 0.0022A I3 = Vbc / R3= 11.2 / 8000 = 0.0014A

1.44) A la intensidad que circula.

1.45) Podríamos decir que la caída de tensión de un conductor viene determinada por la relación que existe entre la resistencia que ofrece este al paso de la corriente, la carga prevista en el extremo más lejano del circuito y el tipo de tensión que se aplicará a los extremos. No la provoca el generador.

1.46) Es la diferencia de electrones que hay entre un punto del circuito respecto a otro punto del mismo.

1.47) A la tensión aplicada por la batería o generador.

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Paraninfo 1.48) No existe un conductor perfecto, pues todos presentan una resistividad al paso de la corriente por muy pequeña que sea, por este motivo ocurre que un conductor incrementa la oposición al paso de la corriente, a medida que también va aumentando su longitud. Si esta resistencia aumenta, por consiguiente aumenta el desgaste de fuerza, es decir, la caída de tensión.

1.49) Adecuado para ofrecer poca resistencia y así facilitar el paso de electrones, y con la sección necesaria para aguantar 5A/mm2.

1.50) En un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.

1.51)

Las unidades son las calorías.

1.52) Es una magnitud que relaciona las unidades de corriente eléctrica por superficie, es decir, intensidad por un área determinada. Se mide en amperios por mm2.

1.53) No se deben superar los 5A /m2.

1.54) I máx. = I circuito / S

I máx. = 10 / 7

I = 1.42A Si, que sería correcto.

1.55) En hornos, tostadoras, calefacciones eléctricas, soldadores, secadores, etc.

1.56) Es el aporte a la resistencia total de un material debido a los terminales de contacto y conexiones.

1.57) Por el arco eléctrico que al no hacer buen contacto daña los contactos.

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Paraninfo 1.58) Están constituidos por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo fusión. Porqué si se sobrepasa la tensión el material se funde y no deja pasar la corriente.

1.59) 

1 Centrales termoeléctricas

   

2 Centrales hidroeléctricas 3 Centrales eólicas 4 Centrales fotovoltaicas 5 Generación a pequeña escala - 5.1 Grupo electrógeno - 5.2 Pila voltaica - 5.3 Pilas de combustible - 5.4 Generador termoeléctrico de radioisótopos

1.60) Electrostática.

1.61)

Las características de estos circuitos, varían con la posición de sus elementos.

1.62) Que se funde para proteger los diversos componentes del circuito, esa es su principal función, absorber las subidas de intensidad y si sobrepasan un valor determinado, fundirse par a proteger el circuito.

1.63) Para fusibles de automoción se usa la aleación plomo–estaño que trabaja bien de 5 a 30A. Para intensidades mayores de 30 e inferiores de 5 usaremos otros materiales y formas. En un automóvil los fusibles se agrupan en diferentes cajas repartidas por el vehículo, normalmente por la zona del motor y batería, además de los que se encuentran en el interior del automóvil en la zona izquierda del salpicadero.

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Paraninfo 1.64) Los fusibles están constituidos de un pequeño filamento integrado en una base o capsula que conecta dos partes metálicas conductoras. Este filamento se funde por efecto joule cuando ve superada su intensidad máxima de trabajo.

En automoción, los fusibles constan de dos patas conductoras con un pequeño filamento interno todo ello unido por una base de resina, en cambio los de menor amperaje usado por múltiples equipos eléctricos, su base es un cilindro de cristal, y el filamento se encuentra en su interior con las puntas forradas para su correcta conducción eléctrica.

1.65) Expresa el valor máximo de intensidad que puede pasar por el sin fundirse y normalmente está grabado en la parte superior de la base (en lo de automoción) y en los de cristal está grabado en una punta.

1.66) Para protegerlos de las inclemencias meteorológicas y de las variaciones de temperatura provocadas por el motor. Además de posibles golpes o rozaduras, en definitiva, para que los fusibles estén bien protegidos.

1.67) Hacen referencia al valor estandarizado de las corrientes máximas que soportan. Están estandarizados y son internacionales.

1.68) Está formado por un bimetal calibrado que se curva por el efecto Joule. Estos dispositivos protegen contra sobrecargas y cortocircuitos. Sustituyen a los tradicionales fusibles y cumplen, por lo tanto, la misma función que estos. Son, en esencia, limitadores de intensidad que interrumpen la corriente eléctrica cuando se conectan demasiados aparatos a la vez y se sobrepasan unos valores máximos o cuando se produce un cortocircuito.

1.69) Los interruptores magneto térmicos (limitador de intensidad) se localizan en el cuadro de distribución general del vano motor o en el interior del habitáculo, para proteger tanto los aparatos eléctricos de gran consumo como los cables. La intensidad que cada interruptor es

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Paraninfo capaz de soportar está en función de la sección de los conductores, en el momento que el calor generado (efecto joule) supera un valor el limitador desconecta el paso de energía, es usado para los elevalunas generalmente.

1.70) La resistencia refiere tanto a resistencia eléctrica como aerodinámica, térmica… así que nos centraremos en el término ‘resistor’ ya que es más correcto y específico. Un resistor está formado por dos patas de material conductor y un núcleo cerámico con una película de carbón de recubrimiento externo. Está morfología interna es la que se opone al paso de corriente, y también se encarga de refrigerar el resistor en sí. Dependiendo de la cantidad de cable enrollado en sí mismo, de la sección del mismo y de las dimensiones el resistor poseerá un valor óhmico determinado.

1.71) Mediante las líneas de colores que tiene la resistencia.

1.72) Una resistencia bobinada es una resistencia fabricada con una alambre conductor de una resistividad (resistencia específica) alta. Este alambre es de una aleación especial y está arrollado sobre un soporte de un tubo de material refractario como la cerámica, porcelana, etc. El valor de la resistencia bobinada queda determinado por la sección transversal del alambre, su longitud y la resistencia específica de la aleación de este. Un potenciómetro es una resistencia bobinada.

1.73) La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI, sus siglas en inglés son IEC) determinó el número de valores por cada una de la serie o franjas de colores. Las 2 primeras franjas dan un valor numérico, la tercera franja es el multiplicador y la cuarta franja la tolerancia.

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Paraninfo 1.74) Un potenciómetro es una resistencia ajustable manualmente. La forma en que este dispositivo funciona es relativamente simple. Un terminal del potenciómetro está conectado a una fuente de energía. Otro está conectado a tierra (un punto sin tensión o de resistencia y que sirve como punto de referencia neutro), mientras que la tercera terminal se ejecuta a través de una tira de material resistente. Esta banda de resistencia en general, tiene una baja resistencia en un extremo, su resistencia aumenta gradualmente hasta un máximo de resistencia en el otro extremo. La tercera terminal sirve como conexión entre la fuente de energía y tierra, y normalmente es la interfaz con el usuario por medio de un botón o palanca. El usuario puede ajustar la posición de la tercera terminal a lo largo de la franja de resistencia con el fin de aumentar o disminuir manualmente la resistencia. Mediante el control de la resistencia, un potenciómetro puede determinar la cantidad de corriente fluye a través de un circuito. Cuando se utiliza para regular la corriente, el potenciómetro está limitado por la resistencia máxima de la tira.

1.75) La resistividad de un material metálico aumenta al incrementar la temperatura, esto se debe a que los iones del conductor vibran con mayor amplitud, lo cual hace más probable que un electrón en movimiento choque con un ión, esto impide el arrastre de los electrones por el conductor y, por tanto, también la corriente. La resistividad de las aleaciones es prácticamente independiente de la temperatura.

1.76) La temperatura, la presión y exposición a la luz.

1.77) Hay las NTC y las PTC. PTC (positive temperature coefficient). Resistencia dependiente de la temperatura, en este caso es positiva, al aumentar la temperatura aumenta su resistencia como en el caso de todos los metales, suelen utilizarse como sensores de temperaturas en distintas aplicaciones; calefacción, estaciones meteorológicas, etc. NTC (negative temperature coefficient). Resistencia dependiente de la temperatura negativa, es decir, el valor de la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura, estos elementos suelen ser semiconductores. Igual que los anteriores se utilizan como sensores de temperaturas en diferentes aplicaciones

1.78) Resistencia dependiente de la luz también llamadas fotorresistencia, el valor óhmico de la misma varía en función de la luz que recibe, cuanta más iluminación recibe menor es la resistencia del componente. Se suelen utilizar en células fotoeléctricas o fotómetros.

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Paraninfo 1.79) Un led o diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo.

1.80) Es el lugar donde se realiza la conexión entre los diferentes cableados, cada celda del conector está aislada de la colindante y posee el respectivo terminal de conexión termosoldado al cuerpo del conector.

1.81)

a) Transistor NPN: A partir de recibir un determinado voltaje en la base de tipo positivo, deja circular la corriente negativa. b) Transistor PNP: A partir de recibir un determinado voltaje en la base de tipo negativo, deja circular la corriente positiva. c) Diodo: Solo deja conducir la corriente en un sentido. d) Diodo zener: En condiciones normales se comporta como un diodo, pero cuando recibe corriente en sentido contrario de lo normal, deja circular a esta a partir de un voltaje.

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Paraninfo 1.82)

a) Bobina b) Bombilla c) Fusible d) Resistencia

1.83)

 En el momento en que cerramos el interruptor, la bobina del relé recibe energía y provoca el cierre de los contactos del relé, con lo que se permite el paso de la corriente procedente de batería en este caso 42 V.  Únicamente funciona la bombilla azul. 

I= P/V= 21*42= 0.5 A



R= V/I= 42/0.5= 84 Ω

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Paraninfo 1.84)

 En la primera figura tenemos la imagen de un conector, en los cuales los terminales de conexión de las celdas son hembra.  En la segunda imagen se muestra una onda de corriente continua la cual tiene un valor mínimo de 10 V y máximo de 15V, este tipo de ondas son típicas en los sensores.

1.85)

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Paraninfo 1.86)          

Luces de frenado Luces de carretera Luces de cruce L.i.d Luces de giro activas y pasivas Luces de posición Intermitencias Como mínimo una luz de antiniebla trasera Luz de antiniebla delantera Como mínimo una luz de marcha atrás

1.87) Debe de llevar como mínimo los siguientes sistemas de iluminación:     

Luces de frenado Luces de posición Intermitencias Como mínimo una luz de antiniebla Como mínimo una luz de marcha atrás

1.88) En la palanca de cambios (ya sea por forma mecánica o por sensores) existe un interruptor el cual es activado al colocar la caja de cambios en posición de marcha atrás, generalmente esta recibe corriente desde llave de contacto, por lo que permite el paso de corriente hacía la bombilla o bombillas. Es un circuito muy simple.

1.89)

88

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Paraninfo

2

Acumuladores

Actividad propuesta 2.1 a) Baterías calcio / plata: Son baterías con electrolito agua- ácido, pero con rejillas fabricadas con aleación Calcio-Plata, en vez de las tradicionales rejillas plomo-antimonio. Se destacan por su mayor resistencia a la corrosión y a los efectos destructivos de las altas temperaturas. El resultado de estas mejoras se manifiesta en una mayor vida útil de la batería y mantenimiento de la potencia de arranque a lo largo del tiempo. Generalmente necesitan más tensión de carga (14.4-14.8V) por lo que no se recomiendan en vehículos antiguos, ya que sus sistemas generadores de energía (alternadores) dan tensiones más bajas que los de los vehículos modernos. También sucede con los cargadores estáticos, ya que algunos no llegan a cargar estas baterías. Baterías calcio / calcio: Alta capacidad de arranque independientemente, mínima autodescarga y larga vida cíclica Realizada con materiales 100% reciclables. Y una relación Calidad precio muy buena.

b) Las baterías spiracell, ofrecen mayores prestaciones, llegando a duplicar la vida útil frente a baterías convencionales, incluso a temperaturas elevadas, que es la principal causa del fallo de las baterías y su resistencia a las vibraciones. Entre sus principales características destacan su mayor potencia de arranque, el largo tiempo de conservación. Su bajo índice de autodescarga les aporta un mayor tiempo de conservación, lo que las hacen perfectas para motores diesel que se utilizan de modo estacional. Esto se debe a que todas las baterías pierden carga si no se emplean durante largos períodos de tiempo. Estas no pierden su carga, incluso tras un largo invierno sin haber sido usadas. Además, tienen una capacidad de reserva constante, lo que permite que se puedan someter a un número mucho mayor de ciclos de descarga manteniendo un alto porcentaje de su capacidad original. Gracias a que tiene más superficie de placas, menor separación entre placas y la capacidad de usar plomo de gran pureza, la resistencia interna es menor. Esta baja resistencia le permite obtener más energía en un

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Paraninfo recipiente más pequeño, la capacidad de recargar a mayor velocidad así como una tensión mayor y más limpia durante el ciclo de descarga. Los estudios realizados demuestran que su recarga es tres veces más rápida. También aporta mayor potencia al motor de arranque en los primeros 10 segundos. Algunas características más son: • Celdas en espiral • Separadores absorbentes de Glass Mat (AGM). Electrolito absorbido. • 99.99% de plomo puro. • Contiene 2 grandes placas por celda. • Conectores superiores que previenen pérdidas de voltaje. • Mayor resistencia a la corrosión. • Se puede colocar en cualquier posición Si su cargador queda encendido permanentemente, la tensión máxima deberá ser de 13.8 voltios con una intensidad de corriente máxima de 1 amperio. Su coste es más elevado que una batería convencional.

c) R = V / I = 12.7 /150 = 0.084Ω 1) Potencia total que consume en Kw el motor de arranque.

W = V * I = 12.7 * 150 = 1905W 2) Según la tabla 1, que tipo de batería según la capacidad en A*h necesitará el vehículo.

Se necesitara una batería de 70A/h 3) ¿Que potencia real se le suministra al motor de arranque?

Vreal = Vfem – Vborn = 12.7 – 2.3 = 10.4V W = V * I = 10.4 * 150 = 1560W 4) ¿Cuál es el rendimiento?

Rendimiento = V desc / V carga = 10.4 / 12.7 = 0.819 → 81.9 %

Actividad propuesta 2.2 a)

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b) Separadores: Tienen la misión de evitar el contacto entre las placas para que no haya cortocircuitos, para ello deben ser eléctricamente aislantes, pero deben ser permeables al electrólito. En su fabricación se emplean plásticos microporosos. Conectores: unen las placas positivas con las negativas de la celda de al lado (conexión en serie), de esta forma se obtiene la tensión necesaria para cada caso. Recipiente: caja de un termoplástico (polipropileno o polietileno) dividida en seis compartimientos estancos mediante separadores labrados o termosoldados del mimo material, en cada uno de los cuales se aloja los electrodos o grupo de placas. Tapón de cierre o llenado: para cada elemento, y es la zona por donde se vierte el electrólito durante la fabricación (actualmente en el taller no es necesario); los tapones van provistos de una válvula de seguridad para dar salida a los gases que se forman durante la carga, otras baterías de menos calidad usan simplemente orificios, por lo que hay que tener cuidado durante su transporte. Tapa de la batería: no forma parte del contenedor, el fabricante de baterías para asegurar la estanqueidad la termosuelda al contenedor, generalmente se confunde la tapa con los tapones o placa de tapones de cierre que poseen algunas baterías. Ciertos fabricantes han optado por colocar una placa de tapones termosoldada a la caja, y únicamente permanecen abiertas durante la fabricación, de esta forma se aseguran que nadie las manipula de una forma desafortunada, esto es habitual en baterías de motocicletas. En el interior de los vasos encontramos los elementos o placas, siendo de (PbO2) las placas positivas y (Pb-) o plomo esponjoso en las placas negativas, todas ellas sobre una base de electrolito que hace de catalizador de la reacción.

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Paraninfo c) Están unidas por un puente salino que evita que se acumulen cargas del mismo signo en cada semicelda, en este caso, de NaCl.

Ag + AgNO3 + Cu + CuSO4 = Cu

2+

+ SO4

2–

+

+ Ag + NO3

-

d) Mayor durabilidad de la malla ya esta no se desgasta.

e) Al conectar un consumidor entre los bornes de la batería se produce una corriente de electrones que fluye de la placa positiva a la negativa, el paso de la corriente por el ácido descompone la unión molecular de este, combinándose el sulfato (SO4-) con las placas, dejando al electrolito como agua únicamente, al recibir el sulfato las placas se transforman en sulfato de plomo en diferentes fases, liberando cada una ellas iones de oxigeno (O-) e iones de hidrogeno (2 H+) que van a parar al electrolito que contiene el vaso para formar agua destilada, con una densidad de 1.18gr/cm3 que equivale a 2 voltios aproximadamente. Para este proceso se necesita: - Recipiente para contener el electrolito (mezcla de ácido sulfúrico (H2SO4) y agua destilada). - Dos láminas sumergidas de plomo, en el electrodo positivo se utiliza una placa de peróxido de plomo (PbO2) y en electrodo negativo una placa de plomo esponjoso (Pb). - Consumidor de corriente o generador de corriente eléctrica.

f) La intensidad no es posible debido a la gran cantidad de amperaje que posee un acumulador, esto se puede hacer mediante un descargador SHUNT o mediante uno multímetro preparado con su respectiva pinza amperimétrica. En ningún caso se puede medir la resistencia debido a que posee fem.

g) El electrólito es alcalino, una disolución de un 20% de potasa cáustica (KOH) en agua destilada. Los electrodos no se disuelven en el electrolito, las reacciones de carga/descarga son completamente reversibles y la formación de cristales de hierro preserva los electrodos por lo cual no se produce efecto memoria lo que confiere a esta batería gran duración.

h) Descargándolo al suelo (masa).

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Paraninfo Actividad propuesta 2.3 a) V=fem-(i*Ri) Ri = (V-fem)/ -I = (12.2-12.6)/-0.5= 0.8 Ω

b) P=V*I

I=P/V

55/12= 4.583 A

4.583+0.5= 5.083 (el 0.5 es la intensidad de consumo del voltímetro) Fem= 12.6V - (5.083A*0.8Ω) = 8.54 V

0.8 Ω

Actividad propuesta 2.4 A) PROBLEMAS

1) PARALELO

12V 240 A*H CARGA: 12V SERIE

48V 60A*h CARGA: 48V

24h -1.2A

10h -2.4A

24h -0.3A

10h- 2.4A

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Paraninfo 2) Solo podemos acoplarlas en serie ya que los voltajes son distintos. Es muy importante hacer las mediciones de voltaje si se va a conectar en paralelo. Icc= 12.5/0.03=416.6 A

3) Serie= 40 v 40 A*h Paralelo= 3.6V-440 A*h

4) Ejercicio 1= 12 /0.02= 600 A Figura 2q = 40 /0.02 =2000 A

5) Voltaje batería al 100% = 12.65V Q= I*t= 70*3600 =252000 C R10W= 14.4 Ω

V V 0*e

 t     R*Q 

-t = (Ln(V) –Ln (V0))*( R*Q )= t= - ((2.50-2.53)* (14.4)*252000 = 108864 segundos t= 30.24h

Esta forma de cálculo se asemeja a la realidad debido a que la fase de descarga de una batería se asemeja mucho a una curva exponencial.

Otro método

Por una parte la intensidad que consume la lámpara es de:

I

P 10W   0,833 A V 12V

Por otro lado, La capacidad que se gastará es del 40% o sea:

CGAST  CTOT 

40 40  70 Ah  28 Ah 100 100

Así que el tiempo que será necesario para alcanzar el estado del 60% es de:

t

CGAST 28 Ah   33,6h I 0,833 A

O sea más de un día.

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Paraninfo 6)

7) Carga al 80% = 12.5V por las dos en serie que tiene son 25V en reposo. Motor de arranque de 6kW= 6000W. Intensidad de 300A P=V*I P= 25*300 P= 7500W Sí que lo podríamos poner en marcha con ambas baterías al 80%, ya que dan una potencia de 7500W y para poner en marcha el motor de arranque necesitamos 6000W.

8)

Condicionantes:  



Tensión batería 96%, 12V 75 A*h, es decir 12.6V 72 A*h Circular a 90 Km/h consumo de 22 A, a 110 Km/h consumo 25 A, al bajar de 80 Km/h se pone en marcha la dirección eléctrica y consume el sistema 32 A, por lo que no es recomendable esta velocidad, hay que tener en cuenta que la dirección consume a 5 Km/h 40 amperios, por lo tanto precaución al aparcar (solo es un dato). Por lo tanto elige tú la velocidad. Según fabricante a 12,3 voltios el sistema puede dañar las centralitas, así que ten en cuenta este dato si es necesario.

- Si se consume a 110km/h 25 A por regla de tres a 100 km/h se consume lo siguiente:

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Paraninfo - Si en una hora se hace 100 km entonces hay q hacer una regla de tres para saber el tiempo del recorrido a 160km:

- Para saber cuántos amperios se consume en 96 minutos hacemos una regla de 3 entro los amperios necesarios por ir 100 km/h.

- Entonces llegamos a la conclusión de que el vehículo llegara a al concesionario por el siguiente cálculo a 100 Km/h:

Tenemos que bajar de 72 A*h a 40 A*h (12.3V) para que deje de funcionar el vehículo, por lo tanto 32 A*h. Para el caso de ir a 100 por hora tenemos un consumo de 22.72 A.

t

CGAST 32 Ah   1,4horas I 22.72 A

Llegará justísimo con el riesgo de que al aparcar debido al consumo de la dirección eléctrica empiecen a generarse disfunciones de funcionamiento.

9)

V = fem - ∆V V = fem – (I · Ri) 11.8V = 12V – (35A · Ri) (12V – 11.8) / 35A = Ri Ri = 0.0057Ω V = 11.8 V Fem = 12v Caída de tensión = 0.2v I = 35A Ri = 0,0057Ω 10) Tenemos un déficit de 9 A*h. Cuando el alternador deja de cargar tenemos la f.e.m que proporciona la batería, suponiendo que la batería es de 70 A*h (libertad de elección) y que está al 100% de su capacidad su voltaje resultante es de 12.65V.

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Paraninfo La tensión al 60% es de 12.3 V. Tiempo= (capacidad resultante de batería)/consumo Tiempo = 28/9 = 3.11 horas

Actividades finales 2.1) La función principal de la batería es la de poner en marcha el vehículo, por lo tanto la reserva de energía ha de ser tal, que ha de poder mover el motor de arranque y además dotar de energía a todas las centralitas que permiten que funcione el sistema de alimentación e inyección durante el arranque.

2.2) El positivo tiene siempre un mayor espesor que el negativo la diferencia de diámetros sirve para evitar conexiones en polaridad incorrecta.

2.3) Está basado en el proceso de electrólisis, por el cual, si se colocan dos electrodos metálicos dentro de un recipiente con una solución ácida o alcalina disuelta en agua destilada ( electrólito), y se conectan los electrodos a un generador de corriente descompone el agua en sus dos componentes básicos , depositándose el oxigeno en el ánodo (+) y el hidrogeno en el cátodo (-), se forma ,por tanto, un elemento galvánico capaz de generar corriente eléctrica.

2.4) Es una mezcla de agua destilada y ácido sulfúrico (minino 40 % máximo 70%) que baña las placas en el interior de los vasos, la densidad del electrolito varía con la carga, de modo que es posible conocer el estado de la batería midiendo la densidad del mismo.

2.5)

3

La densidad que tiene una batería que está al 75% por ciento de su carga está entre 1230-1250 g/cm

2.6)

–

PbO2 + 2 H2SO4 + 2 e → 2 H2O + PbSO4 + SO4 2– – Pb + SO4 → PbSO4 + 2 e

2–

2.7) Al conectar un cargador entre los bornes de la batería o cuando el alternador entra en funcionamiento, se produce en la batería el efecto contrario al de descarga, el sulfato de plomo contenido en las placas se transforma en peróxido de plomo en la placa positiva y en plomo esponjoso en la placa negativa, 3 liberando ácido sulfúrico por lo que aumenta la densidad del electrolito hasta 1.28gr/cm y 2.2V aproximadamente ya que cada vez tenemos menos agua destilada, quedando la batería como al principio.

2.8) Tapa, elementos de protección borne batería, conector directo entre elementos, borne positivo, borne negativo, tapón de cierre o de llenado, conector entre placas positivas y negativas, caja o contenedor, base o guía inferior, separador (la placa positiva está inmediatamente detrás), placas negativas, placas positivas, vasos.

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Paraninfo 2.9) Para evitar daños debidos a que se pueda derramar el electrólito, a estos efectos es posible solidificar el electrólito conjuntamente con un gelificante. Añadiendo ácido silícico al ácido sulfúrico, el electrólito se solidifica, transformándose en una masa gelatinosa, con esto se impide que se derrame el electrolito en caso de producirse daños en la carcasa de la batería.

2.10) Cada placa está formada por una rejilla de soporte y por materia activa, cuando se juntan varias en paralelo forman lo que denominamos electrodos, En los huecos de la rejilla se incrusta una pasta llamada materia activa.

2.11) Rejillas positivas: materia activa Rejillas negativas: materia activa plomo esponjoso (Pb)

peróxido

de

plomo

(PbO 2)

2.12) El conector une las placas positivas con las negativas, de esta forma se obtiene la tensión necesaria para cada caso.

2.13) El electrolito está compuesto por ácido sulfúrico (SO₄H₂), mezclado al 34% con agua destilada (H₂O), con 3 una densidad de 1,28 g/cm . Dentro del electrolito se sumergen las placas, este conjunto queda sumergido en el electrolito, ácido sulfúrico y agua destilada.

2.14) Van dispuestos entre cada placa para evitar los cortocircuitos, y deben de dejar que el electrolito circule libremente, y ser de una constitución química tal, que sean resistentes al acido del electrolito.

2.15) El factor de carga de una batería es la relación de la cantidad de corriente necesaria para la carga máxima y la cantidad de corriente extraída con anterioridad

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Paraninfo 2.16) Por ejemplo como el mostrado en la siguiente tabla:

2.17) Los elementos de una batería se conectan en serie y sus sistemas de conexión deben tener la sección suficiente para soportar, sin calentarse excesivamente, ni romperse, como consecuencia de las altas intensidades de arranque. Existen varios sistemas para interconexión, pero en la actualidad el más usado consiste en acortar el circuito eléctrico de tal forma que el conexionado entre elementos se efectúa sobre el tabique. Con esto se reduce la resistencia interna y como consecuencia la caída de tensión en descarga de arranque.

2.18) Una batería de 12 voltios posee 6 vasos de 2,2 voltios reales, por lo que la denominación de batería de 12 voltios es para la tensión nominal, la tensión real cuando está cargada debe de estár entre los 12,66 voltios y los 13,2 voltios, además, debe soportar el suministro de más 14 V. del alternador en carga.

2.19) Es la capacidad de descarga de la batería en 20 horas con una corriente de descarga de un 20% de la capacidad (A*h), hasta que alcance el valor de 10,5 V de tensión o 1,75 V por vaso.

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Paraninfo 2.20) La densidad ideal del electrolito está comprendida entre 1,28 y 1,29 g/cm³, para obtener esta relación debemos mezclar 2,7 partes de agua por cada 1 de ácido, ya que este tiene una densidad de 1,835 g/cm³ y el agua de 1 g/ cm³, el nivel de electrolito debe estar por encima de las placas.

2.21) A mayor carga mayor concentración de acido sulfúrico y a menor carga menor concentración de acido sulfúrico. El electrolito del acumulador completamente cargado es un 36% de ácido sulfúrico y un 64% de agua. Descargado está compuesto por un 12% de ácido sulfúrico y un 88% de agua. Densidad del ácido 1,28 g/cm3 1,21 g/cm3 1,18 g/cm3 1,10 g/cm3

Estado de carga 100 % 60 % 40 % 0%

Tensión por vaso 2,2 voltios 2,1 voltios. 2 voltios. 1,9 voltios.

2.22) El sulfato de plomo contenido en las placas se transforma en peróxido de plomo en la placa positiva y en plomo esponjoso en la placa negativa.

2.23) Densidad: 1260-1290 g/cm

3

Tensión: 13,2 V Estado de la carga: 100%

2.24)

2.25) La capacidad de una batería se da en amperios (A*h) e indica la cantidad de amperios que puede suministrar en una hora o de recibir en ese intervalo de tiempo.

2.26) La tensión nominal es el producto de la tensión de un elemento por el número de estos conectados en serie. Se considera que un elemento tiene una tensión nominal de 2 voltios por lo cual se dice que las baterías de 6 elementos son de una tensión nominal de 12 voltios.

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Paraninfo 2.27) Valor de tensión a partir del cual el electrolito hierve y produce nitrógeno y oxigeno que es evacuado al exterior. La tensión máxima de carga de una batería no debe de sobrepasar jamás los 14,4V. A partir de este valor se generaran estos gases tóxicos, que si la mezcla de hidrógeno y oxigeno contiene más de un 4% de hidrógeno, se creará una zona potencialmente explosiva. Por lo anterior, la batería se deberá recargar en un área abierta con buena ventilación, siempre lejos de fuentes de chispa o combustión, y el cargador deberá proveer los métodos de protección por voltaje, corriente y tiempo necesarios para disminuir estos riesgos

2.28)

Las desventajas son: vulnerables a agrietarse, desintegrarse, y degradarse de otro modo con el tiempo, lo que reduce su vida útil, derrame de líquido en causa de que el vehículo tenga un accidente.

2.29) Cuando la batería esta descargada en un 40% la tensión eléctrica es de 2 voltios por vaso.

2.30) En los bornes de la batería por falta de mantenimiento se acumula sulfato (este viene producido por la gasificación o el derrame del electrolito), este puede llegar a destruir el borne de conexión y por lo tanto habrá provocado antes falsos contactos que son muy dañinos para la instalación. Además la acumulación de sulfato en las superficies de contacto eléctrico produce un incremento de la resistencia entre los puntos conectados, provocando caídas de tensiones no deseadas.

2.31) Si la batería sufre una sobrecarga se forma oxígeno e hidrógeno en las placas, y estos son muy perjudiciales para el acumulador, produciendo: Aumento de la corrosión de las rejillas y de la sustancia activa: Es debido a que el oxigeno ataca a las placas al no tener sustancia activa con la que reaccionar, cuando reacciona con las rejillas a continuación sigue la materia activa hasta que la descompone. Por otra parte, las placas negativas que reaccionan, tienden a deformarse ligeramente, por eso se encuentran entre las placas negativas, porque reaccionen por los dos lados y la deformación queda estabilizada. Pero en el caso de sobrecargarse, ya sufren una severa deformación por la excesiva reacción química y esto daña seriamente la batería.

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Paraninfo 2.32) Un acumulador se define según sus características funcionales que son las siguientes: Las baterías deben de estar diseñadas y fabricadas para cumplir unos requisitos mecánicos, esto comporta, que sea robusta y pesada, estos requisitos son:   

Durabilidad (Suministro de intensidad alta durante muchos ciclos de funcionamiento) Alta resistencia a los golpes y vibraciones. Suministro de intensidad en temperaturas extremas (–25°C y +55°).

Las baterías a su vez deben cumplir unos requisitos medioambientales, los cuales deben de asegurar que la batería funcione a pesar de las temperaturas tanto con el vehículo en marcha como parado (denominado almacenamiento en vehículo), es importante hacer notar que también se tienen en cuenta las temperaturas de almacenamiento, donde la batería en teoría es nueva de fábrica. ·Temperatura de funcionamiento máxima en descarga: de –30°C a +55°C. ·Temperatura de almacenamiento producto: de –5°C a +30°C. ·Temperatura de almacenamiento vehículo: de –40°C a +85°C.

2.33) El anillo tórico se encarga de impedir que los gases escapen a través de los tapones.

2.34) 100% ---- > 50Ah El 75 %

----->

Regla de 3 =

es X

75 x 50 dividido 100

75 % = 37.5A*h. Ahora, formula de la capacidad Q=I * t 37.5 = 250 * t 37.5 / 250 = t t = 0.15 horas o diez minutos.

2.35) ·Cantidad de materia activa

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Paraninfo ·Volumen del electrolito ·Densidad del electrolito

2.36) Lo habitual es que lleguen a los 4-5 años o incluso más si se presta atención a su mantenimiento.

2.37) La batería VRLA son un tipo de baterías con el electrólito fijado. Los tapones de cierre de las celdas no son desenroscables. Los gases de hidrógeno y oxígeno que se producen al sobrecargar la batería se vuelven a transformar en agua dentro de la celda en cuestión.

2.38) El electrolito se convierte en una masa gelatinosa, agregando ácido silícico sulfúrico, también se añade ácido fosfórico para aumentar el número de ciclos de carga-descarga. La batería está sellada por medio de tapones desenroscables, que comunican los vasos con los conductos de desgasificación, por medio de válvulas antiderrame. No se montan en todos los vehículos debido a las desventajas que presenta: malas propiedades de arranque en frío, precio alto, reducida disponibilidad, incapaz de trabajar a altas temperaturas, por lo cual no resulta adecuada para el montaje en el vano motor

2.39) Nunca se ha de rellenar los vasos o celdas de la batería con agua corriente del grifo, pues el agua que llega hasta nuestros hogares contiene gran cantidad de sales minerales. Esas sales al combinarse químicamente con el electrolito aceleran el proceso de deterioro de las placas de plomo que tienen internamente las baterías o las ponen en corto circuito. El agua del grifo reduce en gran medida el tiempo de servicio y vida útil de las baterías, o las deja inservibles.

2.40) Una fijación deficiente puede abreviar de forma importante la vida útil de la batería, provocando daños de sacudidas. Se pueden producir daños en las placas. La batería puede explotar.

2.41) En las baterías actuales monobloque, su caja y tapa están fabricadas de polipropileno

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Paraninfo 2.42) El acido sulfúrico se le adiciona ácido silícico.

2.43) Este tipo de baterías funcionan con el mismo principio que las baterías de gel, la diferencia es que el electrolito se queda fijado a las placas de Plomo- calcio a una malla de fibra de vidrio. Las características más significativas de las baterías con electrolito absorbido (AGM) son: El electrolito de ácido sulfúrico y agua destilada está absorbido en una malla de fibra de vidrio colocado entre las placas y las placas se forman de plomo y calcio.

2.44) ·La autodescarga es menor ·Esta batería impide la estratificación del ácido, principal causa de averías en vehículos con exigencias de elevadas vibraciones. ·Seguridad de arranque a bajas temperaturas

2.45) Actualmente y según el tipo de placas se fabrican con forro de poliéster (EFB) o con plomo y calcio. 2.46) En baterías de plomo calcio, ya no hay gasificación porque se ha substituido el calcio en lugar del antimonio de las rejillas y por tanto ya no se producirá gasificación del electrolito. Y en las nuevas baterías VLRLA de electrolito absorbido, van bien selladas y no existe gasificación. La deflagración, se evitara desconectando primero el borne negativo de la batería y posteriormente el positivo, para así evitar chispas que puedan producir la deflagración del vapor de la gasificación.

2.47) Una batería con el electrólito congelado no es adecuada para el arranque del motor. Si la batería está congelada no se la debe recargar, porque el ácido viscoso se hincha. Hay que sustituir las baterías que se congelen. Debido a la expansión volumétrica que experimenta el electrólito congelado puede provocar fisuras en la carcasa de plástico, que conducen a fugas de electrólito. Esto se traduce en daños de la carrocería.

2.48) Verde: buen estado de carga >65%, batería correcta. Negro: mal estado de carga, 350 km.

TIEMPO CARGA

4h (45 m.)

BATERIAS

Ió – liti portàtil)

VELOCIDAD

200 km/h

MODELO

MITSUBISHI i-MIEV

MOTOR

Elèctric

POT.TERMICO

-

POT. ELECTRICO

64 cv.

POT. TOTAL

64 cv.

ACEL.

-

PRECIO APROX

-

CONSUMO

-

CO2

-

AUTONOMÍA

>150 km.

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(de

Paraninfo TIEMPO CARGA

5 h (30 m.)

BATERIAS

Ió – liti

VELOCIDAD

130 km/h

MODELO

TOYOTA PRIUS

MOTOR

Híbrid

POT.TERMICO

99 cv.

POT. ELECTRICO

82 cv.

POT. TOTAL

136 cv.

ACCEL.

10,4 s.

PRECIO APROX

23000 €

CONSUMO

3,9 l

CO2

89 g/km

AUTONOMÍA

-

TIEMPO CARGA

-

BATERIAS

Ni - hidrur

VELOCIDAD

180 km/h

3. Peugeot Partner Eléctrico (año 2002) Dispone de 27 baterías de 6V cada una, conectadas en serie (total 162 V). Las baterías están ubicadas en cuatro compartimentos (cofres) situados: uno (el primero) en el frontal inferior del vehículo, otro (el segundo) en la parte trasera del vano motor, el tercero situado delante del eje trasero (bajo el piso) y el cuarto cofre situado detrás del eje trasero (también bajo el piso). El motor eléctrico y los transformadores están ubicados en el compartimento motor ocupando el espacio del motor térmico.

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Paraninfo Actividad propuesta 10.3 1. Denominación

Micro híbrido (HEV).

Potencia máxima del motor eléctrico / generador. < 5 KW

Ejemplos de vehículos

Muchos modelos actuales: Seat León (start/stop), Exeo (placa fotovoltaica)... Citroen C4-C5 (start/stop) BMW muchos modelos (start/stop) Mercedes muchos modelos (start/stop)

Híbrido “suave” (MHEV).

De 5 a 15 KW

Honda Civic Híbrido Mercedes S-400H

Vehículo híbrido (HEV).

> 15 KW.

(también denominado híbrido paralelo)

Híbrido serie (REEV).

Toyota Prius Lexus RX 450 H

Toda la potencia de tracción del vehículo.

Autobuses híbridos como: Tara Hispano híbrido con motor Tata Motors MAN lion’s city híbrido Mercedes Citaro G BlueTec Hybrid

Pila de combustible (FCEV).

Toda la potencia del vehículo.

Vehículos experimentales de muchas marcas: BMW, Hyunday, Fiat, Renault, Mercedes,...

Vehículo eléctrico (EV).

Toda la potencia del vehículo.

Peugeot Partner Electric Tesla Renault Fluence ZE y varios modelos eléctricos más

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Paraninfo 2. Modelo

potencia eléctrica

Tesla

248 CV.

Opel Ampera

150 CV

Nissan Leaf

80 KW

Renault Fluence ZE

95 CV.

Mercedes Vito E-cell

95 CV.

Mercedes Clase A E-cell

95 CV.

Toyota Prius

82 CV. ( y otras variantes)

Seat Leon Twin Drive

48 CV.

Honda Civic

15KW.

3. A modo de ejemplo, debido al gran número de modelos existentes, se presenta la siguiente tabla: Fabricante

Modelos / tecnología

Tesla

Tesla / EV

Opel

Ampera / REEV

Nissan

Leaf / EV

Renault

Twizy / EV Fluence / EV

Mercedes

Vito E-cell / EV Clase A E-cell / EV S400H / MHEV

Toyota

Prius / HEV

Peugeot

Partner / EV

Seat

Leon Twin Drive / HEV

Honda

Civic / MHEV

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Paraninfo Actividad propuesta 10.4

1. P = 6450 W = 8,8 CV Calcular la intensidad si la tensión es de 12V

Si (V=12V) I = 538 A Si la potencia del motor térmico es de 460CV, ¿Qué porcentaje representa la potencia de la placa solar? 1,37%

2. Como ejemplo de resolución se muestra el Citroën C4 mostrado en el texto: Elemento

Descripción

1

Batería

3

Calculador Start & Stop

4

Alternador reversible

5

Fusible

BSM

UCE de motor

"a",”p”

Alimentación (masa MC01)

"b"

Alimentación de potencia (+12 voltios vía la batería)

"e"

masa del calculador stop & start M21

"k"

Modo motor de arranque : alimentación del estator del alternador reversible en corriente alterna trifásica por el calculador stop & start

"m"

Modo alternador: suministro de corriente alterna trifásica

"o"

Alimentación de los equipamientos eléctricos del vehículo en corriente continua

"n"

Alimentación del rotor del alternador reversible (RCO)

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de

potencia

Paraninfo 3.  

Las baterías son del tipo AGM de 68 a 75 A*h. El motor de arranque que equipa un vehículo con sistema Start/Stop es una versión reforzada para aguantar 5 veces más ciclos de arranque que uno convencional, asimismo en caso de sustitución completa del motor de arranque no se puede reemplazar por uno convencional, por lo que las potencias son las estipuladas según la cilindrada del motor y del tipo de este.  El alternador que equipa el vehículo para el sistema Start/Stop presenta las siguientes características: La carga máxima nominal es de 140 Amperios. La tensión nominal es de 14 Voltios. Las informaciones de los bornes L y DF ya no son enviadas directamente por cables convencionales a la unidad de control para la red de a bordo y a la unidad de control del motor respectivamente, sino que son enviadas, a través de LIN-Bus, al módulo de programación “Regulación de la Batería (BEM)” integrado en el la puerta de enlace. El regulador de tensión dispone de una electrónica específica que le permite asumir más funciones.

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Paraninfo Actividad Propuesta 10.5

1. Volumen = 15,6 l (suponiendo un volumen específico de 1600 W/l) Número de Pilas en Serie = NPS =

240V  200 V 1,2 pila

Intensidad = I = 25000W / 240V = 104,2 A Superficie total de las placas = 104,2 cm2 ·200 NPS = 20833 cm2 = 2,08 m2

Consumo  104,2

C e e  200 NPS  6,24 E18  1,3E 23 s C s

Consumo = 1,3E23 /6,024E23 = 0,21 mol H /s = 0,21 gr.H/s Consumo (50%) = 388,6 gr.H/h Para funcionar unas 10 horas (10h·100km/h)=1000km) necesitaría un depósito de 4 litros.

2. Volumen = 299 l (suponiendo un volumen específico de 1600 W/l) Número de Pilas en Serie = NPS =

450V  375 V 1,2 pila

Intensidad = I = 478400 W / 450 V = 1063,1 A Superficie total de las placas = 1063,1 cm2 ·375 NPS = 398666 cm2 = 39,8 m2

C e e Consumo  1063,1  375 NPS  6,24 E18  2,4  1024 s C s Consumo = 2,4E24 /6,024E23 = 4,13 mol H /s = 4,13 gr.H/s Consumo (50%) = 7,435 Kg H /h

Con un depósito de 200 kg. de H podría funcionar unas 27 horas.

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Paraninfo Actividad Propuesta 10.6

1.

Ctot 

4500 F  35,2F 128cond

U tot  2,9V ·128cond  371,2V

1 2 E1cond  4500 F ·2,9V   18923 J 2

1 2 ETOT  35,2F ·371,2V   2422080 J  2,4MJ 2

P(30s.) 

2,4MJ  80736W  81KW 30s

2. C1cond  47,5·80  3800 F

U1cond 

224V  2,8V 80cond

1 2 E1cond  3800 F ·2,8V   14896 J 2

1 2 ETOT  47,5F ·224V   1191680 J  1,2MJ 2

P(30s.) 

1,2MJ  39723W  40 KW 30s

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Paraninfo Actividades Propuestas 10.7

1.

A unas 1400 rpm, y a unas 5500 rpm. ¿A qué rpm, el consumo es de 50 A? ¿Qué intensidades consume el motor y a qué revoluciones cuando da 25 KW?

A unas 3500 rpm.

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Paraninfo ¿Qué intensidades consume el motor y a qué revoluciones cuando da 25 KW?

Aproximadamente: 18 A a 1000 rpm. y 82 A a 5100 rpm.

2.

Pm 

T 400 Nm N   1000  41885W  57CV 9,55 9,55

Pac 

Pm





41885W  51079W 0,82

fdp  cos  cos(12º )  0,978 Pa 

Pac 51097W   52220VA  52,2KVA cos 0,978

3. Pa  35 KVA  35000VA

fdp  cos  cos(23º )  0,9205

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Pac  Pa  cos  35000VA  0,9205  32217W

Pm  Pac   32217 ,7W  0,95  30606 ,7W  30,6 KW  41,5CV

Pm 30606 ,7W  9,55   9,55  116,9 Nm N 2500 rpm

T

Actividades Propuestas 10.8

1.

n( f  45) 

60  f 60  45   900 rpm p 3

n( f  340) 

60  f 60  340   6800 rpm p 3

2.

n( f  45) 

60  f 60  45   450 rpm p 6

n( f  340) 

60  f 60  340   3400 rpm p 6

n( f  340) 

60  f 60  340   10200 rpm p 2

¿Y si el motor es tetrapolar?

n( f  45) 

60  f 60  45   1350 rpm p 2

3.

f 

n  p 720  2   24 Hz 60 60

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Paraninfo Actividades Propuestas 10.9

1. La velocidad síncrona:

n1 

60  f 60  200   6000 rpm p 2

La velocidad asíncrona (es un dato):

n2  1200 rpm

La velocidad de deslizamiento:

nd  n1  n2  6000  1200  4800 rpm El deslizamiento relativo:



n1  n2  100  80% n1

2. La velocidad de deslizamiento es la velocidad dada: 2300 rpm La velocidad síncrona es:

n1 

n2  100  3285,7rpm 70

Y la frecuencia es:

f 

n1  p 3285,7  3   164,3Hz 60 60

3.

n1 

n2  100  600 rpm 20

f 

n1  p 600  2   20 Hz 60 60

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Paraninfo Actividades finales 1) Normativa medioambiental cada vez más exigente con la contaminación procedente de los vehículos térmicos. Agotamiento de los manantiales de petróleo. Aumento paulatino del calentamiento global.

2) Denominación

Potencia máxima Características que del motor eléctrico pueden incorporar. / generador. < 5 KW

incorporan

o

- Tracción totalmente a cargo del motor térmico. - Batería, motor de arranque y alternador de mayor potencia. - Parada y arranque automático (Start /stop). - Contienen placas fotovoltaicas. - Recuperación de energía (KERS) a través del alternador.

Híbrido “suave” (MHEV).

De 5 a 15 KW

- Circulación en modo eléctrico a muy baja velocidad. - Recuperación de energía más eficiente.

Vehículo híbrido (HEV). (también denominado híbrido paralelo)

> 15 KW.

- Contienen un mínimo de dos fuentes de energía: térmica y eléctrica, pila de combustible y acumuladores,… - Puede funcionar en modo paralelo (una fuente de energía, la otra o las dos a la vez). - Amplio funcionamiento en modo eléctrico. - Recuperación de energía de gran potencia. - Algunos tienen posibilidad de carga exterior, son “enchufables” (PHEV: Plug-in Hibrid Electric

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Paraninfo Vehicle).

Híbrido serie (REEV).

Toda la potencia - Incorpora motor térmico y de tracción del eléctrico(s). vehículo. - La tracción siempre es eléctrica. - Siempre incorporan (enchufable).

la

motor(es)

carga

exterior

- El motor térmico sólo funciona para cargar baterías.

3) Tracción totalmente a cargo del motor térmico. Batería, motor de arranque y alternador de mayor potencia. Parada y arranque automático (Start /stop). Contienen placas fotovoltaicas. ¿Se puede considerar un vehículo con la función STOP and GO o STOP and START como microhíbrido? SI

4) Para garantizar que las unidades electrónicas del vehículo no detectan caídas de tensión importantes que puedan ser detectadas como fallos del sistema.

5) Es un sistema que se encarga de transformar la energía cinética del vehículo en energía potencial eléctrica (También puede ser hidráulica, mecánica, etc.) Cuando el vehículo está en fase de retención.

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Paraninfo 6) La unidad de control de la batería

7) Microhibridación, consiste en un sistema de recuperación de energía mediante el alternador.

8) En ese instante el aporte principal de energía hacia el vehículo lo está realizando la batería, esto implica que se está en fase de aceleración.

9) El 22 de abril de 2010 el vehículo SANYO consiguió el record de 555,6 km recorridos solo con energía solar.

10) En el efecto fotoeléctrico, este efecto fue descubierto por Albert Einstein y por él recibió el premio Nobel en 1927. El efecto fotoeléctrico consiste en el desplazamiento de electrones que provocan los fotones de luz incidente sobre un material.

11) El KERS es el Kinetic Energy Recovery System o sistema de recuperación de energía cinética y hay de diferentes tipos: Eléctrico (la energía se acumula en baterías o condensadores). Mecánico (la energía se almacena en una masa que gira). Hidráulico (la energía se almacena en líquido a presión. Neumático (la energía se almacena en aire comprimido).

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Paraninfo 12) En la competición se intenta minimizar el peso sobre todo, por eso se montan KERS mecánicos que constan de un eje con una pequeña masa en rotación. El tiempo en que se le imprime rotación a la masa y el tiempo en el que se aprovecha esta energía son muy cortos debido a los múltiples y súbitos cambios de velocidad. En los turismos de la calle se opta por sistemas eléctricos que acumulan energía durante más tiempo, a pesar del aumento de peso en la batería y alternador.

13) El vehículo Híbrido en serie (REEV) dispone de un motor térmico que sólo funciona para generar corriente eléctrica para cargar las baterías y alimentar al motor (o motores) eléctrico. El motor eléctrico es el único propulsor del vehículo. En el vehículo híbrido paralelo (MHEV, HEV) cualquiera de los dos motores: el eléctrico o el térmico pueden propulsar al vehículo.

14) Se dice que un vehículo es híbrido suave cuando contiene dos motores propulsores (típicamente uno térmico y otro eléctrico) y cualquiera de los dos puede propulsarlo independientemente del otro. Además la potencia del motor eléctrico no puede superar los 15 KW.

15) Mientras que un motor térmico de unos 1500 cc tiene un consumo medio de unos 5 l /100 km. un vehículo híbrido de esa misma cilindrada tiene un consumo de unos 4 l/100 km.

16) Las baterías utilizadas actualmente en los vehículos híbridos tienen una vida media de unos 10 años. En caso de deterioro se debe sustituir.

17) El TOYOTA PRIUS utiliza una batería de 12V convencional, ¿sabes para que la utiliza? Para alimentar a los circuitos eléctricos convencionales del vehículo.

18) En el fondo del maletero, abajo a la izquierda se encuentra un interruptor de desconexión del sistema eléctrico de alta tensión.

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19) A) Subida de una cuesta. Los dos motores (térmico y eléctrico) suministran potencia a la tracción (siempre que las baterías se encuentren en un estado correcto de carga) B) Bajada de un puerto de montaña. El motor térmico puede retener (si la palanca de cambio se encuentra en la posición B) y el generador recarga las baterías. C) Al parar y al arrancar de un semáforo Se para el motor térmico y el arranque se realiza con el motor eléctrico (siempre que la carga de la batería sea correcta)

20) HEV

21) Una pila de combustible es un elemento que genera corriente eléctrica a partir de la unión química de un átomo de oxígeno con dos átomos de hidrógeno para formar agua. La pila de combustible está formada por celdas separadas por una membrana semipermeable.

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Paraninfo 22) Es un sistema híbrido en serie, es decir está constituido por un motor térmico que mueve a un generador y éste genera corriente eléctrica que es utilizada para cargar baterías y mover a un (o unos) motor eléctrico que asume la tracción del vehículo.

23) Mediante un generador que es movido por el motor térmico. También se realiza la carga cuando se circula en modo de retención: Los motores eléctricos de tracción se convierten en generadores (KERS).

24) Es una pregunta trampa: baterías y pilas son términos muy similares. El término pila de combustible es la traducción literal de “Fuel Cell” y hace referencia a que es un elemento que genera corriente eléctrica (al igual que una pila) a partir de combustible. Las pilas de combustible no incluyen baterías en su interior y para acumular la corriente que generan se puede emplear cualquier tipo de batería. Quizás la acepción más correcta de la pregunta debería ser: “Tipos de pila de combustible”. Así la respuesta es la tabla 2:

TIPO

COMBUSTIBLE

POTENCIA

TEMPERATURA FUNCIONAMIENTO

USO

(ºC) DMFC

Metanol

1W – 10 KW

20 a 110

(Direct Metanol FC). Pila de metanol PEMFC

Hidrógeno

20 – 250 KW

(Proton Exchange Membrane FC)

(se consigue la puesta en funcionamiento a 20ºC)

Pila de membrana de intercambio de protones AFC

20 a 90

Hidrógeno

(Alkaline FC) Pila alcalina

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1 – 100 KW

60 a 220

Portátiles, móviles, electrónica, militar, ...

uso

Vehículos, edificios, aplicaciones portátiles, ...

Investigación espacial, tecnología defensa, ...

de

Paraninfo PAFC (Phosphoric FC).

Acid

Pila de fosfórico.

ácido

MCFC

Hidrógeno

200 KW – 1 MW

150 a 220

Hospitales, edificios, oficinas, escuelas, ...

Gas natural

250 KW – 3 MW

650

Aplicaciones estacionarias, buques, ciclo combinado, ...

Hidrocarburos ligeros

300 KW – 300 MW

800 a 1000

Aplicaciones estacionarias, ...

(Molten Carbonate FC) Pila de carbonato SOFC (Solid Oxide FC) Pila de óxido sólido

25) Pueden haber muchas más características de las enunciadas en el presente texto, pero como ejemplo de respuesta puede ser:   









La tracción es únicamente eléctrica y la electricidad es suministrada únicamente por un conjunto de acumuladores (baterías). El motor (o motores) tienen la posibilidad de generar electricidad (KERS). La recarga de los acumuladores se realiza de forma externa mediante conexión a la red eléctrica. Los tiempos de recarga “normales” oscilan de 4 a 8 horas, pero en muchos casos se dispone de una recarga “rápida” (unos veinte minutos) en caso de necesidad. Estas recargas rápidas no se deben repetir de manera frecuente pues deterioran la composición química de las placas. La capacidad de los acumuladores debe garantizar una autonomía mínima establecida por el fabricante. Las autonomías oscilan entre 100 y 500 km según los modelos. Todos los estudios estadísticos muestran que los recorridos diarios del 80% de los usuarios no superan los 50 km. Muchas ciudades están instalando puntos de recarga y se trabaja intensamente en la mejora de los puntos débiles de estos sistemas: sistema de cobro del servicio, interferencias que el sistema introduce en la red, protección de accidentes y vandalismo. Hay que tener en cuenta también la posibilidad de que los vehículos puedan “vender” electricidad a la red eléctrica. Se están probando sistemas de cambio rápido de baterías, como, por ejemplo, Quickdrop de Renault o Better place. Estos cambios rápidos de baterías se podrían realizar en estaciones de servicio. Se están estudiando sistemas de carga dinámica que permitirían realizar la carga de las baterías con el vehículo circulando (bobinas de inducción instaladas en autopistas, etc.).

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Paraninfo 26) Un ultracondensador consiste en un tipo de condensadores de doble capa (como los condensadores estudiados en el capítulo de semiconductores) que se construyen con carbón activo. El carbón activo es un material muy poroso (figura 17) lo que ayuda a aumentar la superficie de las placas y con ello, aumenta, a la vez, la capacidad del condensador. Recuérdese que la capacidad de un condensador es:

__________________________________ Figura 17. Detalle de la estructura interna del carbón activo que forma un ultracondensador.

C

Q S  V d

(2)

permitividad eléctrica del aislante interior, S es la superficie de las capas y d es la distancia entre capas. Gracias a ese incremento de superficie, los ultracondensadores (ultracaps en abreviación inglesa) pueden alcanzar capacidades de hasta 5000 Faradios. En comparación un condensador “normal” sólo alcanza de 10 a 100 milifaradios. Los ultracaps suelen tener volúmenes de unos 100 a 200 cm3. Un ultracondensador solamente soporta tensiones de 2 a 3 V, por lo que es necesario realizar conexiones serie-paralelo para poder alcanzar las tensiones requeridas de centenares de voltios.

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Paraninfo 27)

Tipos de motores eléctricos. Diferencias entre ellos.

Síncronos

De corriente alterna

Motores eléctricos

Asíncronos (de inducción)

De reluctancia

de tracción

Con escobillas De corriente continua Sin escobillas (brushless)

Los motores síncronos siempre giran a la frecuencia a la que están alimentados. Los motores asíncronos pueden girar a velocidades diferentes de la frecuencia de alimentación. Los motores de reluctancia aprovechan la corriente eléctrica generada en el inducido. Los motores de corriente continua con escobillas tienen un gran desgaste mecánico por lo que no son muy adecuados como motores de tracción. Los motores de corriente continua sin escobillas necesitan un transformador para generar los impulsos (Parecidos a una corriente alterna) que moverán al inducido.

28) Son los motores con más alta eficiencia y más desarrollo en el mundo de la industria.

29) El motor asíncrono está constituido por un rotor R es el elemento que contiene la estructura conductora (E), esta estructura E se mantiene aislada eléctricamente del núcleo del rotor. Cuando varía el campo magnético que generan la bobinas B a partir de la corriente eléctrica alterna, se genera corriente eléctrica en la estructura E y esta corriente eléctrica interactúa con el campo B provocando una fuerza que mueve al rotor Los motores síncronos, como su nombre indica, funcionan siempre girando con una velocidad de rotación sincronizada a la frecuencia (f)

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Paraninfo marcada por la corriente alterna. El término sincronizada se refiere a que la velocidad de rotación (n) del motor (del rotor) depende también del número de polos magnéticos (que siempre es un número par) que constituyen el motor.

30) Compresores de aire acondicionado. Bombas de agua.

Aspiradores. Ventiladores.

Símbolo de un motor de reluctancia variable.

31) Los motores paso a paso son motores de corriente continua sin escobillas (brushless). Los tipos que existen son: El motor de paso de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se determina por el número de polos en el estator El motor de paso de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar de hierro y un estator devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del estator electromagnéticamente energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia permitida de la carga es pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente, el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15° El motor híbrido de paso: Se caracteriza por tener varios dientes en el estator y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este

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Paraninfo tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°. Motores paso a paso Bipolares: Estos tienen generalmente 4 cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados debido a que requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. Motores paso a paso unipolares: estos motores suelen tener 5 ó 6 cables de salida dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar, estos utilizan un cable común a la fuente de alimentación y posteriormente se van colocando las otras lineas a tierra en un orden especifico para generar cada paso, si tienen 6 cables es porque cada par de bobinas tiene un común separado, si tiene 5 cables es porque las cuatro bobinas tiene un solo común; un motor unipolar de 6 cables puede ser usado como un motor bipolar si se deja las lineas del común al aire.

32) Los transformadores son elementos que convierten un tipo de tensión en otro. Los hay: - De cc. a cc. - De ca. a cc. - De cc. a ca.

33) PWM proviene de las palabras inglesas Pulse Width Modulation o “modulación de ancho de pulso” Consiste en un tipo de corriente que se caracteriza por tener dos estados de tensión que se van alternando. El estado alto de tensión es el tempo de trabajo (Duty cicle) mientras que el estado bajo de tensión es el estado de reposo. El tiempo resultante de sumar un estado alto bajo y un estado alto (el período) es constante, pero la duración de cada estado (alto o bajo) puede variar.

34)   

Permitir el intercambio de datos entre todas las unidades del sistema. Asegurar que los datos intercambiados estén exentos de ambigüedades o errores. Realizar un autodiagnóstico del sistema y en caso de conflicto, actuar siempre manteniendo la seguridad del vehículo.

35) La cámara termográfica permite visualizar los puntos de calor de un circuito eléctrico.

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Paraninfo

11 Actividad propuesta 11.1

1) 5ºC = 278,15ºK 15ºC = 288,15ºK 45ºC = 318ºK 80ºC = 353ºK

2) 68ºK = -205,15ºC 21ºK = -58,15ºC 348ºK = 74,85ºC

3) 10ºC = 50ºF 43ºF = 6,1ºC

Actividades Propuestas 11.2

1)

E  S  m  T  0,4164  2  0,75  0,6246 KJ  624,6 J

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La climatización

Paraninfo ¿Y si está en estado gaseoso?

E  S  m  T  0,903  2  0,75  1,3545 KJ  1354,5J

2)

S

E 3283 J KJ   901,9  0,9019 m  T 0,910  4 Kgº K Kgº K

Actividades Propuestas 11.3

1) a.

2

T=S .

S  310

Q

 T  dS 

S  300

b.

S  310

Q

c.

S  310

Q

1  S 2  dS   S 3   930333 J  3   S  300 S  300

T=4S.

 T  dS 

S  300

S  310

S  310

 

 1  4S  dS  4 S 2   2S 2   2  S  300 S  300

S  310 S  300

 12200 J

S

T=e .

S  310 S

 T  dS   e

S  300

S  310

S  310

 

 dS  e S

S  310 S  300

 4,3  10134 J

S  300

Como se puede apreciar, al variar las funciones cambian enormemente los resultados.

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Paraninfo Actividades Propuestas 11.4

1)

3bar  3000 mbar  3000 HPa  300000 Pa  2,96atm  43,51PSI 16bar  16000 mbar  16000 HPa  1600000 Pa  15,8atm  232 PSI

2)

82 PSI  5,66bar 750000 Pa  7,5bar 11230 HPa  11,23bar 17800 mbar  17,8bar 12000 mmHg  15,99bar

Actividades Propuestas 11.5

1)  V   1 W  n  R  T  ln F   2  8,31  273  ln   7302 KJ  5  Vi 

Actividades Propuestas 11.6

1)

Pf  Pi  RC  4 bar  51,115  24 bares T f  Ti  RC 1  283 º K  50,115  340,5 º K  67,5 º C

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Paraninfo 2) La diferencia de volúmenes por segundo es de:

1  V  Vi  V f  Vi    Vi   3,36 litros  0,00336 m3 5  El trabajo realizado en un segundo es:

 2406000  400000  3 W   Pm  V   bar  0,00336 m  4715 J 2   O sea una potencia de:

P  4715 W

Actividades Propuestas 11.7

1) La densidad del R-134a a 15 bares es de:

 (15 bar)  i 

Pf 15  5,28  78,2 Kg / m3 Pi 1,013

La masa que fluye por segundo es de:

m V m3 Kg Kg     0,0012  78,2 3  0,0938 t t s m s El intercambio de calor, suponiendo que la entropía a 15ºC es el valor medio entre las entropías a 14 y a 16, es de:

Q  T  S  m  (273  47)º K  (0,8993  0,4584 )

KJ  0,0938 Kg  13,2 KJ  13236 J Kgº K

Al ser calor intercambiado por cada segundo, equivale a la potencia:

P  13,2 KW  13236 W

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Paraninfo Actividades Propuestas 11.8

1)

R-012

La primera cifra es 0 y por lo tanto le corresponde: 0+1=1, un átomo de Carbono (C)

La segunda cifra es 1, esto equivale a: 1-1=0, ningún átomo de Hidrógeno (H).

La tercera cifra es un 2 y coincide con la cantidad de átomos de Flúor (F).

Quedan dos huecos que se rellenan con átomos de Cloro (Cl) Y con esto queda completa la molécula del fluido R-12 Al contener Cloro (dos átomos) este gas es perjudicial para la capa de ozono.

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Paraninfo 2) R-022 La primera cifra es 0 y esto equivale a 0+1=1 átomos de Carbono (C).

La segunda cifra es 2, y así: 2-1=1 átomos de Hidrógeno (H)

La tercera cifra es 2 y coincide con el número de átomos de Flúor (F)

Queda un hueco que se rellena con Cloro (Cl). La molécula resultante es un HCFC (hidroclorofluorocarbonato). Estos compuestos también son perjudiciales para la capa de ozono, aunque no tanto como los CFC. El refrigerante R-413 también conocido por ISCEON® MO49 no es un compuesto puro sino que es una mezcla ternaria de HFC-134a, HFC-218 y HC-600a en la siguiente proporción: R413a (Isceón 49) Componente

R-134a

R-218

HC-600a

% en peso

88%

9%

3%

Es un compuesto HFC y que por tanto no es perjudicial para la capa de ozono.

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Paraninfo Este compuesto se utilizó como sustituto del R12.

Actividades Propuestas 11.9

1) El volumen de un cilindro es:

Vu 

  D2  c 4



  5,32  3,8 4

 83,8 cm3

La cilindrada total es:

VT  Vu  n  83,8  5  419,2 cm3 Y el volumen desplazado por segundo es:

Vgd  VT    419,2 cm3  4400 rpm  1844369 cm3 / min .  30739 cm3 / s  30 litros / s 2) El volumen de un cilindro es:

Vu 

  D2  c 4



  5,32  0,5 4

 11 cm3

La cilindrada total es:

VT  Vu  n  11  5  55,2 cm3 Y el volumen desplazado por segundo es:

Vgd  VT    55,2 cm3  4400 rpm  242680 cm3 / min .  4044 ,6 cm 3 / s  4 litros / s

Actividades finales 11 1) Las magnitudes termodinámicas son aquellas propiedades de un cuerpo, sustancia o fenómeno físico que son susceptibles de ser distinguidas cualitativamente y cuantitativamente (son susceptibles de ser medidas).

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Paraninfo La temperatura: Propiedad que determina si un sistema se halla o no en equilibrio térmico con otros sistemas. La entropía: Es el grado de desorden en su organización interna que tiene un sistema. El calor: Es la sensación que experimenta un ser vivo ante una temperatura elevada. La física entiende el calor como la energía que pasa de un cuerpo a otro o de un sistema a otro, una transferencia vinculada al movimiento de átomos, moléculas y otras partículas. La presión: Es la fuerza f por unidad de superficie s que ejerce un fluido sobre las paredes que lo contienen. El volumen: Es el espacio que ocupa el fluido (gas, liquido o ambos) que forma el sistema termodinámico objeto de estudio. El trabajo: Es la manifestación mecánica de la energía. 2) T. isobárica T. isocórica Transformaciones termodinámicas T. isoterma. T. adiabática Cambio de estado 3) Se han realizado múltiples estudios para determinar qué factores influyen en la sensación de bienestar ambiental (confort) de una persona. La conclusión de estos estudios es que hay numerosos factores a tener en cuenta. De estos factores hay dos que son muy importantes –la temperatura y la humedad relativa- y otros factores que son secundarios pero también influyen y a veces son determinantes. 4) Primera Ley: “Todo sistema termodinámico, en estado de equilibrio, tiene una variable de estado llamada energía interna (U) cuyo valor es independiente del proceso o camino por el cual se ha llegado a ese estado. La energía no se crea ni se destruye solo se transforma” (Principio de conservación de la energía). Segunda Ley: “En cualquier proceso termodinámico, la entropía total siempre aumenta. Es imposible transformar en trabajo el calor contenido en un solo sistema”. Tercera Ley: “La temperatura de 0ºK es inaccesible y, por supuesto, tampoco se pueden alcanzar valores negativos. A una temperatura de 0ºK la entropía es 0”.

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Paraninfo 5)

6) No evacuar el agente frigorífico, sobretodo en lugares mal ventilados. En pequeñas concentraciones puede provocar dolor de cabeza, en grandes concentraciones asfixia. Evitar el contacto directo con el fluido frigorífico: es obligatorio utilizar guantes y gafas adecuados en todo momento. Si se produce contacto: Lavar la zona con agua abundante durante 15 minutos. En los ojos, después de lavar, aplicar colirio y explicar al médico el tipo de gasR-134a. Si cae líquido en la piel, penetra por presión en los poros y produce congelación (-26ºC). Al cabo del tiempo ¡puede producir lesiones irreversibles en la piel! No exponer el equipo de carga ni la instalación frigorífica a altas temperaturas. Existe peligro de explosión. No se debe fumar nunca en el lugar donde se manipulan instalaciones frigoríficas (en general, no se debe fumar nunca en el taller).

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Paraninfo Es necesario evacuar todo el agente frigorífico de un vehículo cuando: Se deban hacer soldaduras en los tubos o en los elementos o sus proximidades. Se repare la pintura y se tenga que poner el vehículo en la cabina a 80ºC o más. Se deban realizar soldaduras MAG, MIG, TIG u otras cerca del circuito.

7) R134a R134a Fórmula química

CH2F-CF3

Densidad de gas (1,013 bar)

5,28 Kg/m3

Denominación química

Tetrafluoretano

Peso molecular

102 g/mol

Punto de ebullición (1 bar)

-26,5ºC

Calor latente (1,013 bar)

215,9 KJ/Kg.

Punto de solidificación

-101,6ºC

Temperatura crítica

100,6ºC

1,115 Presión crítica

40,56 bar

HFO-1234yf Límite superior de inflamación, vol. % En el aire (21°C, ASTM E681-01) Límite inferior, vol. % En el aire (21 ° C, ASTM E681-01) Mínima energía de ignición, mJ a 20 ° C y 1 (DuPont en la casa del método. Las pruebas realizadas en 12 litros frasco para

12.3 6.3 atm 5,000-10,000

Temperatura de auto ignición, ° C 405 (CE físico / químico de prueba A15, medida por Chilworth Technology, Reino Unido) minimizar los efectos de la pared de enfriamiento) El calor de combustión, MJ / kg por la norma ASHRAE 34 11.8 (Composición estequiométrica 7,73% en el aire). Velocidad quemando fundamentales, cm / s (según la norma ISO 817, medida por 1.5 AIST, Japón)

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Paraninfo 8) El compresor es el elemento encargado de realizar una compresión adiabática sobre el gas refrigerante. El compresor es movido normalmente por el motor térmico pero también hay casos que es movido por un motor eléctrico (vehículos eléctricos,…).

9) El compresor de cigüeñal. El compresor de plato oscilante. Harrison

Sanden

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Paraninfo Denso

10) Visitar enlace: http://confort-electromecanica.blogspot.com/2010_11_01_archive.html 11) El condensador consiste en un intercambiador de calor en el interior del cual se produce un cambio de fase (de gas a líquido) isobárico. 12) En el circuito de A.C solamente debe circular el agente frigorífico: el fluido R-134a. Cualquier otro elemento o compuesto que se introduzca en el circuito puede provocar disfunciones o desperfectos. Sobretodo suciedad, partículas de polvo o agua. El agua (incluso pequeñas cantidades de vapor de agua) es un elemento altamente perjudicial en el sistema pues al llegar a la válvula expansora produce cristales de hielo que bloquean el paso de fluido refrigerante. Debido a esto, es necesario instalar un elemento filtrante en el circuito del fluido. 13) La válvula de expansión es el elemento en el cuál se produce la expansión adiabática del fluido (líquido) refrigerante. En la historia del automóvil se han instalado numerosas variedades de elementos que realizan la función de expandir (adiabáticamente o no) el fluido refrigerante. 14) Reguladas por presión Reguladas por temperatura

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Paraninfo Renault y otros fabricantes utilizan en algunos de sus modelos un tipo de expansor de dosificación de orificio fijo, este posee un colador de malla fina para este fin. A diferencia de la válvula de expansión, carece de sensor de bulbo y piezas móviles y no modifica de igual forma la cantidad de refrigerante que entra al evaporador. El tubo de expansión regula la cantidad adecuada de refrigerante que debe acceder al evaporador a partir de un diferencial de presión (del lado alto al bajo).

El tipo de paso viene dado por el color del plástico que forma su cuerpo. Blanco, Naranja, Rojo, Verde, Negro.

15) Es un intercambiador de calor en el interior del cual se produce la evaporación isobárica del fluido refrigerante. 16) Este sensor detecta la temperatura entre las aletas de refrigeración en el evaporador. La señal pasa a la unidad de control del climatizador. Las temperaturas del evaporador son muy bajas se desactiva el compresor.(–1°C hasta 0°C); activación ( +3°C) se impide la congelación del evaporador. Hay sistemas que, montan el conmutador para la temperatura del evaporador. Se encarga de interrumpir directamente la alimentación de la corriente para el acoplamiento electromagnético.

17) El racor de baja presión, que es de menor diámetro, se localizará montado sobre un tubo de baja presión (mayor diámetro). El racor de alta presión, que es el de mayor diámetro, se encuentra situado sobre un tubo de alta presión que tiene un menor diámetro.

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Paraninfo 18)

19)

20) Son las “bocas” de salida de las tuberías en las que por su interior circula el aire acondicionado, no acondicionado y el calefactado.

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21) Consiste en un sistema de calefacción que funciona independientemente del motor térmico. Este sistema, dependiendo de la implantación, puede calentar todo el líquido refrigerante del motor térmico (adecuado para motores diesel), con lo cual también se puede calentar el habitáculo, o bien solamente calentar el líquido que circula por el intercambiador de calor de la calefacción del habitáculo. 22) Temperatura de aire exterior: Tiene la misión de saber la temperatura externa, la información posteriormente es aprovechada por el sistema de gestión para compararla con la interna, y si es necesario y según la temperatura que el conductor haya seleccionado introducir en el interior el frio o calor para que se alcance en el interior del mismo la temperatura adecuada. Temperatura del habitáculo: Funcionan en concordancia con la temperatura del sensor exterior tal y como se ha explicado en el punto anterior. Temperatura de mezcla de aire: Este sensor comprueba que la temperatura de la mezcla del aire es la idónea para conseguir la temperatura adecuada en el habitáculo. Presión del circuito: Se utilizan sensores que verifican que las presiones en los lados de alta presión y baja presión son los idóneos para el funcionamiento del sistema de climatización, en caso de disfunción el sistema desconecta la corriente al embrague del compresor. Radiación solar recibida: Este sensor óptico ayuda a determinar a la centralita si el vehículo se encuentra con radiación solar directa o en la sombra, para de esta forma forzar más o menos la entrada de aire en el habitáculo para producir una regulación más efectiva.

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Paraninfo Humedad del aire: Como la humedad y la temperatura van relacionados, este sensor dota a la centralita de la información necesaria para la regulación dentro de los parámetros de salud de las personas. Calidad del aire (¿Qué ocurre si la calidad es mala?): Cuando se circula detrás de un vehículo, este genera gases que pueden introducirse dentro del habitáculo y por lo tanto produciendo molestias a los ocupantes (sobre todo en ciudad), cuando el valor de calidad de aire llega a un valor tipificado, el sistema cierra la trampilla de aire del exterior evitando de esta forma que la calidad del aire se empobrezca. 23) Este elemento evita que la suciedad y las partículas microscópicas dañinas puedan entrar en el habitáculo y dañar la salud de los ocupantes, esto es debido a que el habitáculo es un elemento casi estanco cuando el vehículo circula y por lo tanto se podrían maximizar los efectos dañinos de estos agentes. 24) El aire empleado para la refrigeración del habitáculo no se capta de la atmósfera, sino del propio habitáculo para la función de recirculación. Es como más rápidamente se enfría el habitáculo. Al refrigerar el aire en el modo operativo de recirculación se necesita menos de la mitad de la potencia del evaporador o de la potencia de accionamiento del compresor. También se utiliza para evadir cargas contaminantes del aire ambiental (malos olores, polen). El aire se “vicia“. No se debe utilizar esta función más de lo necesario; 15 min como máximo. Los ocupantes también ceden humedad, con la función aumenta la humedad del aire. En cuanto el punto de rocío del aire interior supera la temperatura de los cristales, es inevitable que éstos se empañen.

25) El embrague establece la transmisión de la fuerza entre el compresor y el motor del vehículo, estando por obligación éste en funcionamiento. El movimiento del compresor es producido a través de la correa de servicios del vehículo.

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Paraninfo 26)

Componentes del embrague del compresor.

27) Es debido a que el radiador de la calefacción va en serie con el del vehículo y por lo tanto si este está frio el aire caliente tarda un tiempo en salir por los aireadores. 28) Se debe colocar en aire caliente pero este debe pasar venir del aire acondicionado. 29) Utiliza un compresor de aire de corriente alterna similar al de casa. Debido a la elevada capacidad y voltaje de las baterías, se obtiene la potencia eléctrica necesaria para usar este equipamiento, con el motor térmico parado. 30) No, debido a que el compresor es movido por el motor térmico. 31) En serie.

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12

Los sistemas de seguridad pasiva

Actividades Propuestas 12.3

1) Tomando como sentido positivo el del vehículo 1 (el de m=1560kg) La cantidad de movimiento antes del impacto es de:

  m1  v1  m2  v2  1560 Kg.  21,6 m / s  920 Kg.  13,3 m / s  21533 N  s La energía antes del impacto es:

1 1 1 1 E  m1  v12  m2  v22  1560  21,62  920  13,32  447944 J 2 2 2 2 Así el sistema de ecuaciones será:

21533 N  s  1560  v'1 920  v'2

1 1 447944 J  1560  v'12  920  v'22 2 2 Este sistema se reduce a una ecuación de segundo grado:

731,3v'22 12699 v'2 223688  0 Que, resolviéndolo, nos da dos soluciones:

v'2  30m / s v'2  13,3m / s La solución física es 30 m/s (La segunda solución sería que no hay colisión) que corresponde a 108 km/h ¡en sentido contrario al que venía!

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Paraninfo Y de:

21533  1560  v'1 920  30 Obtenemos

v'1  3,8m / s que son -14 km/h Las consecuencias de un accidente así son catastróficas: el vehículo 1 sufre una caída de velocidad de 92 Km/h y el vehículo 2 sufre una variación de velocidad de 156 km/h.

2) La cantidad de movimiento, para cada eje, antes del impacto es de:

  px  m1  vx1  m2  vx 2  1560 Kg.  21,6 m / s  920 Kg.  cos60º13,3 m / s  27666 N  s

 p y  m2  v y 2  920 Kg.  sen 60º13,3 m / s  10623 N  s Y la energía, también por cada eje, antes del impacto es:

1 1 1 1 Ex  m1  vx21  m2  vx22  1560  21,62  920  (13,3  cos60º )2  386611 J 2 2 2 2 1 1 Ey  m2  vy22  920  (13,3  sen60º )2  61333 J 2 2 Lo que nos da dos sistemas de ecuaciones:

27666 N  s  1560  v'x1 920  v'x 2

1 1 386611 J  1560  v'2x1  920  v'2x 2 2 2 y

10623 N  s  1560  v' y1 920  v' y 2

1 1 61333 J  1560  v'2y1  920  v'2y 2 2 2

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Paraninfo El primer sistema (eje x) se convierte en la ecuación cuadrática:

731,3v'2x 2 16316 v'x 2 141288  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v'x 2  29m / s

v'x 2  6m / s

La solución real es la primera (29 m/s) y esto implica que:

v'x 2  104 Km / h

v' x1  2,4Km / h

El segundo sistema (eje y) se convierte en la ecuación cuadrática:

731,3v'2y 2 6265 v' y 2 25162  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v' y 2  11,5m / s

v' y 2  6m / s

La solución real es la primera (11,5 m/s) y esto implica que:

v' y 2  41Km / h

v' y1  0 Km / h

Al realizar la composición de velocidades resultantes, vemos que el vehículo 1 permanece prácticamente parado tras el accidente, mientras que el vehículo 2 sale con un ángulo de salida aproximado de 60º como se muestra en el siguiente diagrama:

Vehículo 2 Vehículo 1

Evidentemente, y como ya se ha comentado en el texto, hay una infinita gama de factores que pueden modificar estas trayectorias, pero este resultado nos permite hacernos una primera aproximación al accidente.

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Paraninfo Actividades Propuestas 12.4

1)

v  50 Km / h  13,9m / s Los tiempos medidos sobre la gráfica son necesariamente aproximados: Con cinturón, airbag y pretensor = 0,08 s. Con cinturón y airbag = 0,06 s. Con cinturón = 0,037 s. Sin cinturón = 0,015 s. Y a partir de estos datos ya podemos calcular las deceleraciones:

a (c  a  p ) 

a (c  a ) 

a (c ) 

V f  Vi t



0  13,9  166 m / s  16,9 g 0,0838

V f  Vi 0  13,9   219 m / s  22,4 g t 0,0632

V f  Vi 0  13,9   378 m / s  38,5 g t 0,0368

a(sin) 

V f  Vi 0  13,9   944 m / s  96 g t 0,0147

A pesar de que los valores utilizados son aproximados, se puede apreciar claramente la diferencia de deceleraciones que se obtienen utilizando o no los sistemas de seguridad pasiva.

2)

v  75 Km / h  20,8m / s Los tiempos medidos sobre la gráfica suponemos que son los mismos: Con cinturón, airbag y pretensor = 0,08 s. Con cinturón y airbag = 0,06 s.

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Paraninfo Con cinturón = 0,037 s. Sin cinturón = 0,015 s. Y a partir de estos datos ya podemos calcular las deceleraciones:

a (c  a  p ) 

a (c  a ) 

a (c ) 

V f  Vi 0  20,83   248,5m / s  25,4 g t 0,0838

V f  Vi 0  20,83   329,5m / s  33,6 g t 0,0632

V f  Vi 0  20,83   566,7m / s  57,8 g t 0,0368

a(sin) 

V f  Vi 0  20,83   1416 m / s  144 g t 0,0147

Actividades Propuestas 12.6

1) a  22 g  a  215,6 m / s 2 Y con esta aceleración el ocupante realizará una fuerza de:

F  m  a  95 Kg.  (215,6m / s 2 )  20482 N Manteniendo una proporción entre fuerzas de 3:1 entre la fuerza ejercida por el ocupante y la que realiza el pretensor tenemos:

Fpret 

 20482 N  6827 N 3

2) La fuerza expresada en Kgf. es de:

Fpret  6827 N 

1Kgf  696,7 Kgf 9,8 N

Y la superficie del cilindro es de:

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Paraninfo Scil 

  D2 4



  42 4

 12,56 cm 2

Con lo que la presión mínima que deberá tener el gas será de:

Pgas 

Fpret 696,7 Kgf   55,4 bar Scil 12,56 cm2

Actividades finales 12.2) Tomando como sentido positivo el del vehículo 1 (el de m=2340kg) La cantidad de movimiento antes del impacto es de:

  m1  v1  m2  v2  1560 Kg.  21,6 m / s  920 Kg.  13,3 m / s  40197 N  s La energía antes del impacto es:

1 1 1 1 E  m1  v12  m2  v22  2340  22,72  890  14,72  703478 J 2 2 2 2 Así el sistema de ecuaciones será:

40197 N  s  2340  v'1 890  v'2

1 1 703478 J  2340  v'12  890  v'22 2 2 Este sistema se reduce a una ecuación de segundo grado:

614,3v'22 15289 v'2 358218  0 Que, resolviéndolo, nos da dos soluciones:

v'2  39,6m / s v'2  14,7m / s La solución física es 39,6 m/s (La segunda solución sería que no hay colisión) que corresponde a 142 km/h ¡en sentido contrario al que venía!

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Paraninfo Y de:

40197  2340  v'1 890  39,6 Obtenemos

v'1  2,1m / s que son 7,6 km/h El vehículo 1 sufre una caída de velocidad de 75 Km/h y el vehículo 2 sufre una variación de velocidad de 195 km/h.

12.3) La cantidad de movimiento, para cada eje, antes del impacto es de:

  px  m1  vx1  m2  vx 2  2340 Kg.  22,7 m / s  890 Kg.  cos45º14,7 m / s  44034 N  s

 p y  m2  v y 2  890 Kg.  sen 45º14,7 m / s  9265 N  s Y la energía, también por cada eje, antes del impacto es:

1 1 1 1 Ex  m1  vx21  m2  vx22  2340  22,72  890  (14,7  cos45º )2  655253 J 2 2 2 2 1 1 Ey  m2  vy22  890  (14,7  sen 45º )2  48225,5 J 2 2 Lo que nos da dos sistemas de ecuaciones:

44035 N  s  2340  v'x1 890  v'x 2

1 1 655253 J  2340  v'2x1  890  v'2x 2 2 2 y

9265 N  s  2340  v' y1 890  v' y 2

1 1 48225,5J  2340  v'2y1  890  v'2y 2 2 2 El primer sistema (eje x) se convierte en la ecuación cuadrática:

614,3v'2x 2 16748 v'x 2 240921  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v'x 2  37,6m / s

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v'x 2  10,4m / s

Paraninfo La solución real es la primera (37,6 m/s) y esto implica que:

v'x 2  135 Km / h

v'x1  28,5Km / h

El segundo sistema (eje y) se convierte en la ecuación cuadrática:

614,3v'2y 2 3524 v' y 2 29883  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v' y 2  10,4m / s

v' y 2  4,6m / s

La solución real es la primera (10,4 m/s) y esto implica que:

v' y 2  37,4 Km / h

v' y1  0 Km / h

Al realizar la composición de velocidades resultantes, vemos que el vehículo 1 retrocede tras el accidente, mientras que el vehículo 2 sale con un ángulo de salida aproximado de 16º como se muestra en el siguiente diagrama:

Vehículo 2

Vehículo 1

Vehículo 2

Evidentemente, hay una infinita gama de factores que pueden modificar estas trayectorias, pero este resultado nos permite hacernos una primera aproximación al accidente.

12.4) Tomando como sentido positivo el del movimiento de los dos vehículos, la cantidad de movimiento antes del impacto es de:

  m1  v1  m2  v2  760 Kg.  20,8 m / s  1940 Kg.  10 m / s  35233 N  s

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Paraninfo La energía antes del impacto es:

1 1 1 1 E  m1  v12  m2  v22  760  20,82  1940  102  261931 J 2 2 2 2 Así el sistema de ecuaciones será:

35233 N  s  760  v'1 1940  v'2

1 1 261930 J  760  v'12  1940  v'22 2 2 Este sistema se reduce a una ecuación de segundo grado:

3446 v'22 89938 v'2 554772  0 Que, resolviéndolo, nos da dos soluciones:

v'2  16m / s v'2  10m / s La solución física es 16 m/s (La segunda solución sería que no hay colisión) que corresponde a 58 km/h en el mismo sentido Y de:

35233  760  v'1 1940  16 Obtenemos

v'1  5,3m / s que son 19 km/h. El vehículo 1 sufre una caída de velocidad de 75-19=56 Km/h y el vehículo 2 sufre un aumento de velocidad de 58-36=22 km/h. Estos resultados condicionan los elementos de seguridad pasiva que se activarían.

12.5) La cantidad de movimiento, para cada eje, antes del impacto es de:

  px  m1  vx1  m2  vx 2  760 Kg.  20,8 m / s  1940 Kg.  cos20º10 m / s  34063 N  s

 p y  m2  v y 2  1940 Kg.  sen 20º10 m / s  6635 N  s

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Paraninfo Y la energía, también por cada eje, antes del impacto es:

1 1 1 1 Ex  m1  vx21  m2  vx22  760  20,82  1940  (10  cos20º )2  250584 J 2 2 2 2 1 1 Ey  m2  v y22  1940  (10  sen 20º )2  11347 J 2 2 Lo que nos da dos sistemas de ecuaciones:

34063 N  s  760  v'x1 1940  v'x 2

1 1 250584 J  760  v'2x1  1940  v'2x 2 2 2 y

6635 N  s  760  v' y1 1940  v' y 2

1 1 11347 J  760  v'2y1  1940  v'2y 2 2 2 El primer sistema (eje x) se convierte en la ecuación cuadrática:

3446 v'2x 2 86951v'x 2 512780  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v' x 2  9,3m / s

v'x 2  15,8m / s

La solución real es la primera (15,8 m/s) y esto implica que:

v'x 2  57 Km / h

v'x1  15,8Km / h

El segundo sistema (eje y) se convierte en la ecuación cuadrática:

3446 v'2y 2 16937 v' y 2 17617  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v' y 2  3,4m / s

v' y 2  1,5m / s

La solución real es la primera (3,4 m/s) y esto implica que:

v' y 2  12,3Km / h

v' y1  0 Km / h

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Paraninfo Al realizar la composición de velocidades resultantes, vemos que el vehículo 1 reduce mucho su velocidad tras el accidente, mientras que el vehículo 2 sale con una velocidad mayor como se muestra en el siguiente diagrama:

Vehículo 1

Vehículo 2

Hay una infinita gama de factores que pueden modificar estas trayectorias, pero este resultado nos permite hacernos una primera aproximación al accidente.

12.6) Tomando como sentido positivo el del vehículo 1 (el de v=62 km/h) La cantidad de movimiento antes del impacto es de:

  m1  v1  m2  v2  1260 Kg.  17,2 m / s  1260 Kg.  7,2 m / s  12600 N  s La energía antes del impacto es:

1 1 1 1 E  m1  v12  m2  v22  1260  17,22  1260  7,22  219722 J 2 2 2 2 Así el sistema de ecuaciones será:

12600 N  s  1260  v'1 1260  v'2

1 1 219722 J  1260  v'12  1260  v'22 2 2 Este sistema se reduce a una ecuación de segundo grado:

1260 v'22 12600 v'2 156722  0 Que, resolviéndolo, nos da dos soluciones:

v'2  17,2m / s v'2  7,2m / s

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Paraninfo La solución física es 17,2 m/s (La segunda solución sería que no hay colisión) que corresponde a 62 km/h ¡en sentido contrario al que venía! Y de:

12600  1260  v'1 1260  17,2 Obtenemos

v'1  7,2m / s que son 26 km/h Es decir, que los vehículos en la colisión se han intercambiado las velocidades. El vehículo 1 sufre una variación de velocidad de 62+26=88 Km/h y el vehículo 2 sufre una variación de velocidad de 26+62=88 km/h.

12.7) La cantidad de movimiento, para cada eje, antes del impacto es de:

  px  m1  vx1  m2  vx 2  1260 Kg.  17,2 m / s  1260 Kg.  cos25º7,2 m / s  13452 ,6 N  s  p y  m2  v y 2  1260 Kg.  sen 25º7,2 m / s  3845,8 N  s Y la energía, también por cada eje, antes del impacto es:

1 1 1 1 Ex  m1  vx21  m2  vx22  1260  17,22  1260  (7,2  cos25º )2  213853 J 2 2 2 2 1 1 Ey  m2  vy22  1260  (7,2  sen 25º )2  5869,2 J 2 2 Lo que nos da dos sistemas de ecuaciones:

13452 ,6 N  s  1260  v'x1 1260  v'x 2

1 1 213853 J  1260  v'2x1  1260  v'2x 2 2 2 y

3845,8 N  s  1260  v' y1 1260  v' y 2

1 1 5869,2 J  1260  v'2y1  1260  v'2y 2 2 2

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Paraninfo El primer sistema (eje x) se convierte en la ecuación cuadrática:

1260 v'2x 2 13453v'x 2 142038  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v'x 2  17,2m / s

v'x 2  6,5m / s

La solución real es la primera (17,6 m/s) y esto implica que:

v'x 2  62 Km / h

v'x1  23,5Km / h

El segundo sistema (eje y) se convierte en la ecuación cuadrática:

1260 v'2y 2 3846 v' y 2 0  0 Que al resolverla nos da dos soluciones (una es real y la otra no):

v' y 2  3m / s

v ' y 2  0m / s

La solución real es la primera (3 m/s) y esto implica que:

v' y 2  11Km / h

v' y1  0 Km / h

Al realizar la composición de velocidades resultantes, vemos que los dos vehículos se intercambian las velocidades tras el accidente, esto se muestra en el siguiente diagrama:

Vehículo 2 Vehículo 1

Hay muchos factores que pueden modificar estas trayectorias, pero este resultado nos permite hacernos una primera aproximación al accidente.

12.8) Vi  64 Km / h  17,7m / s

a

V f  Vi t



0  17,7  355,5m / s  36,2 g 0,050

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12.9) Vi  74 Km / h  20,5m / s

a

V f  Vi 0  20,5   316,2m / s  32,2 g t 0,065

12.10) Vi  55 Km / h  15,27 m / s a  30 g  294 m / s 2

t

V f  Vi 0  15,27   0,052 s  52ms a  294

a  40 g  392 m / s 2

t

V f  Vi 0  15,27   0,039 s  39ms a  392

9

a  20 g  196 m / s 2

t

V f  Vi 0  15,27   0,078 s  78ms a  196

12.11) a  23 g  a  225,4 m / s 2 Y con esta aceleración el ocupante realizará una fuerza de:

F  m  a  80 Kg.  (225,4m / s 2 )  18032 N El cinturón debe contrarrestar una fuerza de 18032 N.

12.12) a  38 g  a  372,4 m / s 2

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Paraninfo Y con esta aceleración, la cabeza del ocupante realizará una fuerza de:

F  m  a  7,5 Kg.  (372,4m / s 2 )  2793 N

12.13) a  38 g  a  372,4 m / s 2 Y con esta aceleración el ocupante realizará una fuerza de:

F  m  a  65 Kg.  (372,4m / s 2 )  24206 N Manteniendo una proporción entre fuerzas de 3:1 entre la fuerza ejercida por el ocupante y la que realiza el pretensor tenemos:

Fpret 

 24206 N  8069 N 3

12.14) La fuerza expresada en Kgf. es de:

Fpret  8069 N 

1Kgf  823,3Kgf 9,8 N

Y la superficie del cilindro es de:

Scil 

  D2 4



  3,52 4

 9,6 cm2

Con lo que la presión mínima que deberá tener el gas será de:

Pgas 

Fpret 823,3Kgf   85,6 bar Scil 9,6 cm 2

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13

Equipos de sonido e imagen

Actividades Propuestas 13.1

1.



V

T

1







343m / s  34300 Hz 0,01m



1  2,9  105 s 34300 Hz

Es un ultrasonido que está fuera de la percepción del oído humano.

2.



V

T

1







343m / s  0,017 m 20000 Hz



1  0,00005 s 20000 Hz

3.



1 1   333,3 Hz T 0,003 s



V





343m / s  1,029 m 333,3Hz

Es un sonido de tono medio.

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Paraninfo Actividades Propuestas 13.2

4.

LP  10  log10

P  10  log10 10000  10  log10 10 4  10  4  40dB P0

5.

100 dB  10  log10

P P P  10  log10  1010  P0 P0 P0

La proporción de potencia es de 1010 o sea 10.000.000.000 (diez mil millones) más intenso

6.

80dB  LPa  10  log10

Pa 80 P P   8  log10 a  108  a P0 10 P0 P0

20dB  LPb  10  log10

Pb 20 P P   2  log10 b  10 2  b P0 10 P0 P0

Y dividiendo entre sí las dos ecuaciones resultantes:

108 Pa / P0 Pa    10 6  1.000 .000 10 2 Pb / P0 Pb Un millón de veces más intensa.

Actividades Propuestas 13.3

7. 2 P1 d 22 9m 81m2 P  2    9  P2  1 2 2 P2 d1 3m 9m 9 La potencia sonora será nueve veces más débil a 9m de distancia que a 3m. Calcula también la caída de potencia acústica. Respuesta: La potencia acústica y la potencia sonora son sinónimas.

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Paraninfo 8. La potencia sonora en el punto 1 es de: L

85

P Pa  10 10  10 10  108,5  3,16  108 veces la potencia del límite de audición. P0

O sea: Pa  3,16  108  P0  3,16  108  1012W  3,16  104W Y la potencia en el punto 2: L

35

P Pb  10 10  10 10  103,5  3162 veces la potencia del límite de audición. P0

O sea: Pa  3162  P0  3162  1012W  3,162  109W La distancia teórica para que disminuya en 50 dB es de:

P1 d 22 3,16  108 d2 3,16  108  2,52 2  2   d   d 2  780 m 2 P2 d1 3162 3162 2,5m2 2 2

9. L

140

P Pa  10 10  10 10  1014 veces la potencia del límite de audición. P0

La distancia teórica para que el sonido suene al límite de audición es de: 2

P1 d 22 1014 d 2  2  2 2  d 2  1014  d 2  107 m P0 d1 1 1m En la práctica muchos otros factores harían que el sonido ya no se escuchara a mucha menor distancia. Este tipo de cálculos son reales a distancias relativamente pequeñas (del orden de metros o decenas de metros).

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Paraninfo Actividades Propuestas 13.6

1.

N

e 1 MHz   800 ondas  s 1250 Hz

2.

N

e 850 MHz   10.000 .000 ondas s 85 Hz

Actividades Propuestas 13.10

1.

P

V2 12   0,25 W Z 4

¿Y si recibe una tensión de 13V?

P

V2 132 169    42,25 W Z 4 4

Actividades Propuestas 13.11

1. P

V2 P V 2 9,52  2  22  2  22,6 Z P1 V1 2

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Paraninfo P LP  10  log10    10  log10 22,6  13,5 dB  P0 

Actividades Propuestas 13.12

1. La intensidad que circulará por el cable será de:

I

P 600 W   50 A V 12 V

La longitud estimada del cable, desde la batería hasta el amplificador, es de 6,5 m. Consultando la tabla 13.3b vemos que en la columna de 50 A y seleccionando una longitud de 7,8 m (queda un margen de 1,3m de seguridad) podemos utilizar cable de galga 6 (AWG) que corresponde a un diámetro de 4,11 mm y una sección de 13,3 mm2. Aumentando el margen de seguridad podemos tomar cable de galga 5 (AWG) que tiene un diámetro de 4,62 mm y una sección de 16,8 mm2.

Actividades finales 13.1.     

Los equipos de sonido e imagen permiten hacer los viajes en coche más agradables. Los ajustes se realizan de forma más cómoda y sin desviar la mirada de la carretera. La información complementaria de la radio (RDS) nos mantiene alerta sobre el estado del tiempo y de la circulación. Los sistemas de navegación nos asisten en la ruta informando de las próximas maniobras que se deben realizar. Las cámaras y los sistemas de aparcamiento nos evitan colisiones en las maniobras.

13.2.  

El sonido consiste en oscilaciones en la presión del aire (u otro material, que adoptan la forma de ondas (llamadas ondas sonoras) y que se transmiten en forma de capas esféricas (figura 1) desde el origen del sonido (centro de las esferas) hacia el exterior. En acústica todo el rango de frecuencias audible se denomina espectro auditivo. Los sonidos perceptibles por el oído humano (audibles), van desde una frecuencia de 18 Hz hasta una frecuencia de 20000 Hz.

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Paraninfo 13.3.  

Es el número de oscilaciones que se producen en la presión del medio durante un segundo. El periodo, su unidad es el segundo.

13.4. La clasificación de los sonidos audibles son en agudos, medios, graves y subgraves, son muy importante en los sistemas de sonido del automóvil porque de ellas depende el tipo de altavoces que se deberán instalar en el vehículo.

13.5. El sonido es una onda mecánica, luego sus características son las propias de cualquier onda.

13.6. Presión acústica = es la diferencia de presión que hay entre un punto por el que está atravesando la onda sonora y la presión estática que hay en ese mismo punto cuando la onda sonora desaparece. La presión acústica es la magnitud que se utiliza para determinar la amplitud de la onda y se mide en Pascales (Pa). Como referencia, el límite de audición para el oído humano se encuentra alrededor de 20 Pa y el umbral de dolor está en 200 Pa. Potencia acústica = es la energía por unidad de tiempo que está acumulada en las ondas sonoras. La potencia acústica se mide en Vatios (W) y, también como referencia, el umbral de audición se encuentra en 10-12 W y el umbral de dolor está en 100 W (valores siempre referidos para el oído humano). Nivel de potencia acústica (LP) = Es la proporción logarítmica que hay entre la potencia de un sonido y la potencia del límite de audición. El motivo de que la proporción sea logarítmica es la enorme diferencia entre la potencia del umbral de audición y del umbral de dolor que es de ¡14 órdenes de magnitud!, debido a esta diferencia el comportamiento del oído humano no es lineal sino exponencial. Para expresar el nivel de potencia acústica se utiliza el decibelio (dB). El límite de audición humano le corresponde un valor de 0 dB.

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Paraninfo 13.7.       

La reverberación: La reverberación es un fenómeno que consiste en percibir el mismo sonido múltiples veces. El eco: Consiste en la percepción doble del mismo sonido con suficiente retraso como para distinguir la dualidad. La resonancia: Consiste en la vibración de algún material del vehículo producida por las ondas sonoras. La distorsión: Consiste en que la onda sonora reproducida no se ajusta a la onda sonora que se debería reproducir. La relación señal / ruido (S/N): Junto a la señal del sonido (S de “signal”) inevitablemente siempre aparece una señal de ruido (N de “noise”). Los armónicos: Son frecuencias múltiplos o divisoras de la frecuencia del sonido original que aparecen de forma espontánea por superposición de ondas. Las interferencias: Son sonidos o ruidos que se escuchan por los altavoces aunque proceden del exterior del equipo de música.

13.8.  



La señal monofónica (abreviadamente señal “mono”) que consiste en una señal de un solo canal de información. Es la señal procedente de una emisora de radio de amplitud modulada. La señal estereofónica (“estéreo”) consiste en una señal que contiene dos canales de información, normalmente izquierda y derecha. Este tipo de señal corresponde a la mayoría de fuentes de sonido: radio de frecuencia modulada, lector de disco compacto, medios digitales, etc. La señal 5.1 (sonido DOLBY DIGITAL) que consiste en una señal que contiene un total de seis canales de información. Este tipo de señal proviene de grabaciones digitales provenientes de lectores de DVD o de medios digitales.

13.9. Analógicos: Véase sensores electromagnéticos tema 5 y tema 7 transmisión por ondas de radiofrecuencia. Digital: Véase el capítulo 6 “electrónica digital.

13.10. La transmisión de ondas de radio por modulación de amplitud consiste en la emisión de una onda electromagnética sobre la cual se va variando la amplitud según la forma de la onda que se desea transmitir. La frecuencia de la onda se mantiene constante.

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Paraninfo 13.11 La transmisión de ondas de radio de frecuencia modulada digital consiste en la transmisión de ondas de radio con dos frecuencias. El proceso completo de transmisión de ondas de radio digitales es el siguiente:     

La onda sonora se convierte en una señal eléctrica, proceso que se realiza en el micrófono. Se realiza el proceso de conversión analógico – digital de esta señal, la señal digital dispone de dos estados (0 y 1). La onda portadora adopta dos estados de frecuencia y cada uno de esos dos estados se asigna a cada estado binario (proceso de modulación). La onda así transportada es recibida por el receptor de radio que realiza la desmodulación de la onda obteniendo la secuencia binaria. En el mismo aparato se realiza la conversión digital – analógica para obtener la señal eléctrica que debidamente amplificada será enviada a los altavoces.

13.12. La antena es el elemento que realiza la recepción de las ondas de radio, transformando la señal electromagnética por una señal eléctrica. Antena simple Tipos de antena Antena amplificada

13.13. Normativa ISO 7736 DIN

Doble DIN

Ancho

180 mm

180 mm

Alto

50 mm

100 mm

Fondo

No unificado

No unificado

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13.14. Conector: Uso:

C4 Entradas y salidas de audio de baja potencia (NO apta para altavoces). Conectores coaxiales RCA (figura 14)

Terminal Uso

Contactos

Color Rojo

Canal derecho

Contacto interno: (+)

Color blanco

Canal izquierdo

Contacto externo: (-) Contacto interno: (+) Contacto externo: (-)

13.15. Los altavoces son elementos que producen ondas sonoras a partir de una señal eléctrica. El fundamento físico a través del cual se produce esta transformación es la reacción entre dos campos magnéticos. Un altavoz está constituido por un imán permanente en el interior del cual está introducida una bobina. Esta bobina es solidaria a una membrana en forma de cono y los extremos de la bobina están conectados a dos terminales eléctricos.

13.16. Altavoz

Frecuencia

Diámetros usuales Sistema Métrico

Sistema Anglosajón

Agudos (Tweeter)

3000 – 20000 10 – 25 mm Hz

0,5” – 1”

Medios (Middle)

300 – 3000 Hz

30 – 70 mm

1” – 3”

Graves (Woofer)

80 -300 Hz

100 – 180 mm

4” – 7”

Subgraves (Subwoofer)

18 – 80 Hz

200 – 300 mm

8” – 12”

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Impedancia (Z) = Es el cociente entre la tensión y la intensidad cuando se trata de corrientes de pulsos no cíclicos e involucra bobinas (como es el caso de los altavoces). Potencia (P) = hace referencia a la máxima potencia soportada por los altavoces. La potencia nominal o media (rated), que es la máxima potencia que puede soportar el altavoz durante un uso continuado. Respuesta = Son los valores de nivel de potencia sonora que proporcionará el altavoz a diferentes potencias de entrada y a diferentes frecuencias. Sensibilidad = es la relación entre el nivel de potencia acústica obtenido y la potencia eléctrica recibida. Suele expresarse en dB/W medidos a una distancia de un metro. Rendimiento = es la relación entre la potencia acústica emitida y la potencia eléctrica recibida expresada en %. Distorsión = Es la desviación entre la onda eléctrica recibida y la onda sonora producida, suele expresarse en % y muchos fabricantes ocultan esta información. Direccionalidad = indica la potencia acústica que ofrecerá el altavoz en función de la dirección en la que se realice la medición.

13.17.  Verificar la solidez del panel en el que se va a instalar el altavoz. Si la plancha metálica del panel es débil (0,6 mm) es necesario reforzarla con suplementos metálicos (perfiles metálicos, ángulos,...) para evitar que se produzcan vibraciones.  Respetar la polaridad de los cables. Este punto es muy importante, pues un altavoz conectado con la polaridad invertida provoca que la presión acústica provocada sea inversa que el resto de altavoces con lo que aparecen zonas en el vehículo con “huecos” de sonido.  Aislar acústicamente la parte trasera del altavoz.  Es muy importante asegurar la solidez de los anclajes del altavoz.

13.18. La función del amplificador es aumentar el nivel de una señal, incrementando, para ello, la amplitud de la señal de entrada mediante corrientes de polarización (voltaje negativo, voltaje positivo) en el transistor de salida. Los amplificadores externos (también llamados etapas de potencia) son conjuntos electrónicos formados básicamente por un conjunto de transistores conectados entre sí en forma diferencial y en cascada.

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Paraninfo 13.19. Cuando se desea instalar un amplificador en un equipo de sonido, es necesario prever la integración entre todos los elementos. Con este fin se deben comparar las características técnicas de todos los componentes del equipo, y en especial del amplificador, para que todo el conjunto funcione en harmonía. Cuando, en un equipo de sonido, se instala un amplificador, éste se convierte en un elemento primordial en el resultado final del sonido obtenido. Debido a la gran potencia acústica que se obtiene a la salida de un amplificador, cuando se realiza la instalación de un amplificador es necesario atender las siguientes precauciones:  

   

Cableado: La correcta elección de cableado para la conexión de un amplificador es de vital importancia para el correcto funcionamiento de todo el equipo. Las conexiones de cables: Deben ser soldadas para evitar el deterioro que produce la corriente alterna de pulsos. Los conectores deben ser de calidad, para esto existen en el mercado conectores recubiertos de metales nobles que no se oxidan (plata, oro, etc.). La alimentación: Los amplificadores de sonido son uno de los elementos más potentes que se emplean en el automóvil. Además el requerimiento de corriente (intensidad) no es continuado sino que es pulsante. La correcta ventilación-refrigeración de los amplificadores: Es muy importante para asegurar el correcto funcionamiento durante un largo tiempo. La saturación (en inglés Clipping) de un amplificador: Es un problema que consiste en que la señal de salida no sigue la oscilación propia de la señal acústica sino que, durante un cierto instante, se mantiene constante. El equilibrado de un equipo de sonido consiste en aportar la potencia acústica adecuada a cada sección de altavoces del vehículo.

13.20. Las principales características técnicas (que aparecen indicadas en los manuales técnicos que acompañan al amplificador), son: 

El número de canales es la cantidad de etapas amplificadoras independientes entre sí que tiene el amplificador. En el automóvil suelen usarse amplificadores de dos o de cuatro canales.  La potencia es la energía por unidad de tiempo que proporciona el amplificador por los canales de salida. La potencia se expresa normalmente en Vatios (W) y se suelen especificar dos tipos de potencia.

13.21. Un filtro es un circuito electrónico que se comporta de forma selectiva frente a señales eléctricas de diferentes frecuencias.

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Paraninfo Según el tipo de circuito electrónico empleado, los filtros se pueden clasificar en dos tipos: Los filtros activos son aquellos que incorporan una alimentación externa de corriente eléctrica y, de esta forma, pueden realizar funciones de amplificación (si es necesario). Los filtros pasivos son filtros que no tienen alimentación externa de corriente y se limitan a modificar la señal eléctrica recibida sin poder amplificarla.

13.22. Los ecualizadores son procesadores de sonido que permiten controlar independientemente la intensidad sonora de cada zona del espectro sonoro.

13.23.

13.24. Cuando una persona se sitúe en uno de los asientos del vehículo y cierre los ojos mientras escucha música, debe de percibir el sonido de forma que:

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Paraninfo Sea capaz de ubicar en el espacio, y por separado, cada uno de los instrumentos que están sonando. El objetivo es ubicar cada instrumento exactamente en el mismo lugar que ocupa en el escenario donde fue grabado el sonido. A esta separación se la denomina “imagen del sonido”. No sea capaz de ubicar cada altavoz individualmente. La situación de cada altavoz debe quedar difuminada y no se debe tener la sensación de procedencia del sonido. A este efecto se le llama la “escena del sonido”.

13.25. a) Distribución lateral b) Distribución delante-detrás. c) Distribución BOSE

13.26.

13.27. Los reproductores de disco versátil digital DVD (siglas originalmente provenientes de Digital VideoDisk), que permiten reproducir películas o multitud de medios audiovisuales. Las cámaras, actualmente se instalan cámaras en la parte trasera del vehículo para ayudar en las maniobras marcha atrás, y también en la parte delantera, a 90º de la marcha, para ofrecer visibilidad en los cruces. Los sintonizadores de televisión digital terrestre -TDT- cada vez son más frecuentes en las instalaciones multimedia de los automóviles. Además de los dispositivos mencionados, en muchos automóviles se incluyen conectores (USB, RCA normal y mini, conector apple, etc.) que permiten conectar dispositivos externos como consolas de videojuegos, ordenadores portátiles, iPod, iPad, etc. La conexión de estos y otros

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Paraninfo dispositivos (como teléfonos móviles) también se puede realizar sin cableado (wireless) mediante sistemas de conexión inalámbricos “Bluetooth”.

13.28. La distribución de la señal de imagen consiste en el correcto transporte, amplificación y reparto de la señal eléctrica, óptica o de radiofrecuencia desde la fuente de la imagen hasta las unidades o pantallas que han de reproducirla. Los principales puntos a tener en cuenta cuando se realiza una instalación para la transmisión de señal de imagen en un automóvil son: Evitar la pérdida de potencia de señal cuando hay una gran longitud de cable. Para ello es conveniente utilizar amplificadores de señal. Utilizar los conversores de señal adecuados cuando se emplean dispositivos que utilicen diferentes tipos de señal de imagen (video). Prestar atención a la calidad del cableado así como a su estado y a los conectores. Este apartado es uno de los principales focos de problemas en la calidad de la imagen.

13.29. RGB = se caracteriza por transmitir por separado las señales correspondientes a los tres colores aditivos básicos de construcción de color: rojo (R de red), verde (G de green) y azul (B de blue). NTSC (National Television Systems Comitee) = método de codificación empleado en USA y Japón (entre otros paises) y que emite 30 imágenes por segundo y cada imagen está formada por 525 líneas.

13.30. Analógica o digital.

13.31. Un sistema de navegación consiste en un dispositivo que permite calcular las coordenadas geográficas en las que se encuentra situado el vehículo. A partir de esta información y relacionándola con una cartografía de la zona, el navegador permite programar rutas, orientar en las maniobras y una amplia gama de otras posibilidades.

13.32. Externos e internos, de estos últimos existen tres tipos actualmente: Tecnología HUD, en cuadro de instrumentos y en consola.

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13.31.  En qué año se montó por primera vez la radio en el automóvil: 1930  Que fabricante montó por primera vez un lector de CD en un vehículo: Fue en 1987, Phillips.  Cuando se empezaron a utilizar navegadores para vehículos: 1995

13.32.

3 parejas de tweters, 2 parejas de medios (TC 50, TC60) 1 pareja de woofers GT 82,8") 1 altavoz subwoofer(GT 122 12") todo JBL. 3 etapas de potencia Macron (44.07, 43.17, 42.05) radio y cargador cd Alpine. Cableado y filtros de frecuencia.

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13.33.

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